Блог

Чому повітряний діелектричний коаксіальний кабель є оптимальним вибором для базових станцій 5G і mmWave

Фізика низьких втрат: як повітряний діелектрик мінімізує ослаблення понад 2,5 ГГц

Коаксіальні кабелі з повітряним діелектриком використовують надзвичайно низьку діелектричну проникність повітря (близько 1), яка є найнижчою серед усіх практичних ізоляторів, завдяки чому вони чудово зменшують втрати сигналу на частотах понад 2,5 ГГц. Порівняно з традиційними варіантами, такими як пінний або суцільний поліетиленовий діелектрик, повітря не спричиняє значної молекулярної поляризації, тому воно поглинає набагато менше енергії. На частоті близько 6 ГГц це може зменшити затухання сигналу майже на 40%. Коли мова йде про вищі діапазони міліметрових хвиль, ця властивість має особливе значення, оскільки втрати сигналу значно швидше зростають із підвищенням частоти. У реальних тестах показано, що ці кабелі з повітряним діелектриком зберігають близько 92% якості сигналу навіть після проходження 100 метрів на частоті 28 ГГц. Це набагато краще, ніж у більшості кабелів із піненим осердям, які зазвичай мають продуктивність нижче 70%. Збереження чистого сигналу такої якості є критично важливим для сучасних методів модуляції, що використовуються в сучасних мережах, і особливо важливим для підтримання низької затримки в системах зворотного тракту 5G.

Теплова стабільність і висока потужність для щільних міських базових станцій 5G

У міських районах базові станції 5G зазвичай працюють з потужністю передачі понад 200 ват, а це означає, що їм дійсно потрібні ефективні рішення для теплового управління. Повітряні коаксіальні кабелі з діелектриком набувають популярності, оскільки їх порожнистий сердечник дозволяє теплу виходити приблизно втричі швидше, ніж у традиційних конструкцій із суцільним заповненням. Щодо жорстких кабелів, спостерігається, що втрата вносу залишається нижче 0,05 дБ у всьому промисловому температурному діапазоні — від мінус 40 градусів Цельсія до плюс 85 градусів Цельсія. Це має велике значення для обладнання, встановленого на дахах, де прямі сонячні промені можуть спричинити серйозне перегрівання. Коли мова доходить до напівгнучких кабелів, вони зберігають стабільний опір зі співвідношенням КСХН менше ніж 1,15:1, навіть якщо їх сильно згинати навколо кутів. Це допомагає уникнути неприємних проблем із ВПІ (внутрішніми паразитними модуляціями), які виникають під час інтеграції компактних антенних решіток. Усі ці характеристики разом забезпечують надійну роботу мереж без перебоїв. І чесно кажучи, оператори не можуть дозволити собі простою, адже простої обходяться їм приблизно в 740 000 доларів щогодини, згідно з дослідженням інституту Понемона минулого року.

Найкращі перевірені типи повітряних діелектричних коаксіальних кабелів для розгортання базових станцій

Жорсткі лінії з повітряним діелектриком: прецизійна продуктивність на 3,5 ГГц та вище

Жорсткі коаксіальні кабелі з повітряним діелектриком забезпечують надзвичайно низькі втрати сигналу для стаціонарних фідерних систем, що працюють на частотах понад 2,5 ГГц. Особливість цих кабелів полягає в безшовній конструкції зовнішнього провідника, яка забезпечує постійну геометрію повітряного зазору на всій довжині. Ця стабільність зменшує втрати сигналу приблизно на 30% у порівнянні з аналогічними пінопластовими кабелями на міліметрових хвилях. Для всіх, хто працює з сигналами на частотах 3,5 ГГц і вище, такий рівень точності означає загалом кращу цілісність сигналу. Саме тому багато телекомунікаційних компаній віддають перевагу цим кабелям для фідерів антен макробазових станцій, особливо враховуючи, що затухання сигналу може бути обмежувальним чинником. Для безперебійної роботи більшість виробників почали впроваджувати системи підвищення тиску, які підтримують сухе повітря всередині кабелю під тиском близько 3–5 фунтів на квадратний дюйм. Ці системи запобігають проникненню вологи та допомагають утримувати коефіцієнт стоячої хвилі напруги під контролем навіть у складних погодних умовах. Монтаж все ж має свої труднощі: технікам необхідно суворо дотримуватися рекомендацій щодо радіуса вигину під час встановлення. Проте, незважаючи на ці вимоги, жорсткі кабелі з повітряним діелектриком продовжують вирізнятися своїм довгим терміном експлуатації та відмінною фазовою стабільністю, що робить їх ідеальними для постійних установок на вежах, де найважливішою є надійність.

Напівгнучкі варіанти повітряного діелектрика: поєднання практичності встановлення та ефективності у діапазоні 24–28 ГГц

Повітряні діелектричні кабелі, які є напівгнучкими, займають проміжне положення між високими експлуатаційними характеристиками та простотою розгортання, особливо корисні в густонаселених містах і всередині будівель, де потрібно встановлювати малі соти. Зовнішній провідник із гофрованої міді дозволяє цим кабелям згинатися на радіусі, що становить усього вісім діаметрів кабеля, що робить можливим модернізацію навіть на завантажених дахах і забезпечує акуратну прокладку в тісних технічних приміщеннях. Випробування показали втрати приблизно 0,6 дБ на кожні 30 метрів на частотах до 28 ГГц, тому швидкість передачі даних залишається високою без компромісів. Ці кабелі також мають точно виготовлені діелектричні прокладки, які запобігають зміщенню центрального провідника під час вібрації або зміни температури, забезпечуючи стабільність якості сигналу з часом. Хоча вони й мають трохи більші втрати сигналу порівняно з жорсткими версіями, напівгнучкі кабелі все ж пропонують найкращий баланс характеристик радіочастот, фізичної гнучкості та швидкості монтажу техніками в більшості ситуацій у діапазоні від 24 до 28 ГГц.

Реальна продуктивність: повітряний коаксіальний кабель із діелектриком порівняно з пінополіетиленом у сценаріях базових станцій

Польова перевірка смуги CBRS: на 22% менші втрати сигналу на дистанції 120 м у діапазоні 3,7–3,98 ГГц

Польові випробування з смугами CBRS показали, що коаксіальні кабелі з повітряною діелектричною ізоляцією значно перевершують ті, що виготовлені з пінополіетилену. При розгляді фідерних ліній близько 120 метрів завдовжки, які працюють у діапазоні частот від 3,7 до 3,98 ГГц, оператори мереж послідовно фіксували приблизно на 22% менші втрати сигналу. Це відбувається тому, що повітря має майже ідеальні діелектричні властивості (відносна діелектрична проникність εr близька до 1,0) у порівнянні з природним тертям і проблемами згасання сигналу в пінозаповнених матеріалах. Краща якість сигналу означає, що вежі можуть поширювати сильніші сигнали загалом. У напружених міських районах із великим навантаженням на стільниковий трафік це призводить до збільшення пропускної здатності на 15–30% на одну базову станцію. Крім того, зона покриття розширюється природним чином без необхідності додаткового обладнання, такого як репітери. Для телекомунікаційних компаній усі ці переваги означають швидше розгортання нової інфраструктури, тривалішу й ефективнішу роботу підсилювачів потужності та значне зниження загальних витрат. Фінансові переваги також досить очевидні: строк окупності скорочується на 3–5 роки завдяки відкладеній необхідності замінювати обладнання та кращому дотриманню угод про рівень обслуговування.

Критичні рекомендації щодо монтажу та експлуатаційних умов для повітряного діелектричного коаксіального кабелю

Запобігання проникненню вологи, підтримка тиску та надійність при тривалій роботі на відкритому повітрі

Збереження якості сигналу в повітряних коаксіальних кабелях із діелектриком залежить від наявності сухого та стабільного простору всередині, де розташований діелектричний матеріал. Для зовнішніх установок і довгих трас кабелів потрібно постійне подавання сухого повітря під тиском від 3 до 5 фунтів на квадратний дюйм, щоб запобігти утворенню конденсату. Навіть незначна кількість вологи може призвести до серйозних втрат сигналу — до 15–20 децибел на кожні 100 метрів при роботі з високочастотними mmWave-сигналами. Під час герметизації з'єднувачів техніки, як правило, застосовують двошаровий захист: спочатку обгортають силіконовою самоз’єднувальною стрічкою, а потім накривають термоусадковими рукавами, які є УФ-стійкими та мають клейове покриття зсередини. Для жорстких кабелів, що проходять через стіни або будівлі, правильне встановлення передбачає формування крапельних петель і встановлення вентиляційних клапанів униз, щоб краплі води стікали, не потрапляючи в зону підвищеного тиску всередині. На довгих горизонтальних ділянках понад 30 метрів рекомендується встановлювати компенсаційні муфти приблизно через кожні 15–20 метрів. Це допомагає компенсувати температурні зміни, не порушуючи герметичність. Аналізуючи реальні звіти з місцевостей поблизу узбережжя, де вологість завжди висока, бачимо, що системи з належним підтримуванням тиску служать на 8–10 років довше, ніж ті, що не мають такого захисту. Тож, хоча хтось може вважати підтримання тиску лише додатковою функцією, досвідчені монтажники знають, що це насправді є ключовим для забезпечення надійної роботи таких систем протягом тривалого часу.

Розділ запитань та відповідей

• Яка основна перевага використання коаксіальних кабелів з повітряною діелектричною ізоляцією для 5G?
  Коаксіальні кабелі з повітряною діелектричною ізоляцією забезпечують нижче згасання сигналу та краще теплове регулювання, що робить їх ідеальними для високочастотних застосувань, таких як 5G.
• Як коаксіальні кабелі з повітряною діелектричною ізоляцією краще регулюють температуру порівняно з іншими типами?
  Порожнистий сердечник коаксіальних кабелів з повітряною діелектричною ізоляцією дозволяє теплу ефективніше виходити, що є критичним для управління високим рівнем потужності, який використовується в міських базових станціях 5G.
• Які виклики пов'язані з монтажем коаксіальних кабелів з повітряною діелектричною ізоляцією?
  Монтаж вимагає дотримання суворих рекомендацій щодо радіуса вигину та використання систем підвищення тиску для запобігання проникненню вологи.
• Чому коаксіальні кабелі з повітряною діелектричною ізоляцією віддають перевагу перед кабелями з пінополіетиленом?
  Коаксіальні кабелі з повітряною діелектричною ізоляцією забезпечують кращу якість сигналу та нижчі втрати в лінії, що покращує пропускну здатність і зону покриття без додаткової інфраструктури.