Các trạm gốc yêu cầu cáp phải duy trì độ toàn vẹn tín hiệu ở các tần số lên đến 6 GHz đồng thời chịu được các tác nhân môi trường như thay đổi nhiệt độ và độ ẩm. Các hệ thống này đòi hỏi suy hao phản xạ dưới 20 dB và trở kháng 50 ohm ổn định để ngăn hiện tượng phản xạ tín hiệu, điều này rất quan trọng để đảm bảo truyền dẫn thoại và dữ liệu đáng tin cậy trong mạng di động.
Thiết kế nhiều lớp của cáp đồng trục RF kết hợp các dây dẫn chính xác với các vật liệu điện môi tiên tiến để cân bằng giữa độ linh hoạt và hiệu quả chắn sóng. Khác với các ống dẫn sóng cứng, các loại đồng trục có thể thích nghi với những chỗ uốn cong chật hẹp trong các lắp đặt tháp, đồng thời đạt mức suy hao <0,3 dB/m tại 3,5 GHz, đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu suất quan trọng cho triển khai 5G NR.
Các nhà vận hành báo cáo giảm 38% số lần ghé thăm trạm khi sử dụng cáp đồng trục RF được bọc kép trong các ô nhỏ mmWave trong các thử nghiệm thực địa năm 2023. Độ tin cậy được cải thiện này bắt nguồn từ những đổi mới như điện môi được bơm xốp, giúp giảm thiểu các đột biến độ trễ dưới tải lưu lượng cao điểm.
| Tiêu chuẩn | Đồng trục | Ống dẫn sóng | Sợi |
|---|---|---|---|
| Chi Phí Lắp Đặt | $12/m | $45/m | $28/m |
| Phạm vi tần số | DC 110 GHz | 1 100 GHz | N/A (dựa trên ánh sáng) |
| Khả năng chống thời tiết | Cao | Trung bình | Thấp |
| Cáp đồng trục thống trị các kết nối đường cuối cùng nhờ tỷ lệ chi phí trên hiệu suất trong môi trường RF, đặc biệt là nơi đã tồn tại ống dẫn kim loại. Mặc dù cáp quang vượt trội trong các ứng dụng truyền tải xa, tính dễ bị oxy hóa của đầu nối lại khiến cáp đồng trục trở thành giải pháp được ưu tiên hơn cho các kết nối hướng về phía ăng-ten. |
Các cáp đồng trục RF chịu tổn thất tín hiệu chủ yếu do ba nguyên nhân. Thứ nhất là sự hấp thụ điện môi, trong đó khoảng 0.8 đến 1.5 phần trăm năng lượng bị mất trong các vật liệu PE xốp tiêu chuẩn. Tiếp theo là điện trở của dây dẫn, có thể làm giảm tới 25% cường độ tín hiệu trong các cáp đồng bện. Và cuối cùng, lớp chắn kém dẫn đến tổn thất do bức xạ. Tuy nhiên, một báo cáo gần đây từ Viện Tiêu chuẩn Viễn thông đã chỉ ra điều thú vị. Nghiên cứu năm 2023 của họ cho thấy các trạm gốc tần số cao hiện đại hoạt động trong dải từ 3.5 đến 28 GHz làm suy giảm tín hiệu nhanh hơn khoảng 23% so với các hệ thống dưới 6 GHz cũ hơn khi kết hợp tất cả các yếu tố này. Điều này rất quan trọng đối với các nhà khai thác mạng đang cố gắng duy trì chất lượng kết nối trên các tần số khác nhau.
Các cáp đồng trục RF tiêu chuẩn thường bị mất tín hiệu với tốc độ khoảng 18% cho mỗi GHz tăng lên về tần số. Hầu hết các mẫu phổ biến sẽ giảm hơn 3 dB sau chỉ 100 feet khi hoạt động ở tần số 6 GHz. Tuy nhiên, tình hình khả quan hơn nhiều ở dải tần thấp, khi các tín hiệu dưới 1 GHz thường chỉ chịu tổn thất ít hơn một nửa decibel trên cùng khoảng cách. Để khắc phục những tổn thất này, các kỹ sư thiết kế các loại cáp có đặc tính trở kháng ổn định. Các loại cáp chất lượng cao có thể duy trì mức trở kháng 50 ohm trong phạm vi cộng trừ 1 ohm, từ DC lên tới 40 GHz, điều này giúp chúng hoạt động đáng tin cậy trong nhiều ứng dụng khác nhau nơi yêu cầu độ toàn vẹn tín hiệu cao.
Cứ mỗi 50 feet cáp thêm, cường độ tín hiệu giảm khoảng 0,75 đến 1,2 dB trong các mạng 4G và 5G. Điều này thực sự khá đáng kể khi chúng ta nhớ rằng FCC yêu cầu tổn thất dưới 2 dB đối với những kết nối cuối cùng ngay tại đầu khách hàng. Hầu hết các kỹ thuật viên tại hiện trường đề xuất giữ chiều dài cáp ngắn hơn 150 feet khi làm việc với tần số sub-6 GHz. Họ cũng thường sử dụng một số kỹ thuật phối hợp trở kháng tiên tiến, vốn có thể giảm khoảng hai phần ba lượng tổn thất phản xạ gây khó chịu này. Hiệp hội Cơ sở Hạ tầng Không dây đã đề cập điều này trong báo cáo năm 2022, do đó đây chắc chắn là vấn đề mà các chuyên gia đang chú ý gần đây.
Một công ty viễn thông lớn tại thành phố đã giảm được tổn thất tín hiệu macrocell từ khoảng 4,2 dB xuống chỉ còn 1,8 dB sau khi thay thế cáp RG-8 tiêu chuẩn bằng các loại cáp mới có lớp cách điện dạng bọt được bơm đầy khí nitơ. Kết quả đạt được cũng rất ấn tượng. Tốc độ tải xuống tăng vọt khoảng 41% ở những khu vực trung tâm đông đúc nơi mọi người đang cạnh tranh để sử dụng băng thông. Ngoài ra, mỗi trạm gốc tiết kiệm được 18 watt điện tại mọi vị trí trạm. Con số này có vẻ không lớn cho đến khi bạn nhận ra rằng nó tương ứng với khoản tiết kiệm khoảng 2.100 USD tiền điện mỗi năm cho mỗi tháp mà họ vận hành.
Bảy mươi tám phần trăm các nhà khai thác di động hiện đang ưu tiên sử dụng cáp siêu ít tổn hao (<0,5 dB/100 ft ở tần số 28 GHz) cho các triển khai mmWave, do yêu cầu về băng thông kênh 5G NR. Báo cáo Mạng Di động 2024 ghi nhận mức tăng trưởng 290% theo năm về việc áp dụng dây dẫn mạ bạc, loại này cải thiện độ dẫn tần số cao thêm 27% so với thiết kế đồng tiêu chuẩn.
Các cáp đồng trục RF có được độ tin cậy nhờ vào cấu tạo từng lớp được chế tạo chính xác. Bên trong, chúng ta tìm thấy các dây dẫn bằng đồng đặc hoặc dạng sợi, có khả năng truyền tín hiệu một cách hiệu quả. Giữa các lớp này là vật liệu cách điện gọi là dielectric, như PTFE hoặc đôi khi là polyethylene xốp, giúp duy trì hoạt động ổn định mà không bị nhiễu. Tiếp theo là lớp chắn, thường làm từ đồng bện hoặc lá nhôm, có tác dụng ngăn chặn khoảng 90 đến 95 phần trăm nhiễu điện từ. Và cuối cùng, bao quanh toàn bộ là lớp vỏ ngoài, thường làm bằng PVC chịu tia UV để bảo vệ khỏi thời tiết và các yếu tố môi trường khác. Các bài kiểm tra thực tế đã phát hiện ra rằng những thiết kế nhiều lớp này thực sự ít bị lỗi hơn nhiều so với các lựa chọn đơn giản chỉ có một lớp – theo số liệu thu thập được qua thời gian, tần suất hỏng hóc thấp hơn khoảng 25%.
Thế hệ mới nhất của cáp đồng trục RF đang tạo ra làn sóng nhờ những đổi mới đáng kể trong lĩnh vực khoa học vật liệu, giúp chúng đáp ứng được yêu cầu khắt khe từ các mạng 5G. Về độ dẫn điện, các hợp kim đồng tinh khiết cao đã giảm tổn hao tín hiệu khoảng 18% so với các dây dẫn thông thường, theo một nghiên cứu công bố bởi Ponemon vào năm 2023. Trong khi đó, lớp điện môi xốp được bơm nitơ bên trong những sợi cáp này đã nâng hệ số vận tốc lên khoảng 0,85, nghĩa là tín hiệu có thể truyền qua nhanh hơn nhiều so với trước đây. Lớp vỏ ngoài cũng không bị bỏ qua. Vỏ bọc polyethylene hai lớp được xử lý bằng tia bức xạ có khả năng chịu đựng điều kiện thời tiết khắc nghiệt tốt hơn khoảng 40% so với các mẫu cũ, do đó những sợi cáp này có thể hoạt động trên 15 năm ngay cả trong môi trường đô thị khắc nghiệt nơi nhiệt độ thường xuyên biến động mạnh. Tất cả những cải tiến này phù hợp rõ rệt với những gì chúng ta đã thấy trong Báo cáo Vật liệu Viễn thông 2024, khi các chuyên gia nhấn mạnh rằng việc nâng cấp vật liệu không chỉ là lựa chọn mong muốn mà còn là yếu tố hoàn toàn thiết yếu nếu các nhà cung cấp dịch vụ muốn duy trì mức độ sẵn sàng mạng gần như hoàn hảo ở mức 99,999 phần trăm mà mọi người đều đang kỳ vọng.
Tiêu chuẩn trở kháng 50 ohm giúp giảm thiểu các hiện tượng phản xạ tín hiệu khó chịu vì duy trì hằng số điện môi rất ổn định trong phạm vi biến thiên khoảng 1,5%. Khi kỹ sư thiết lập sai trong thực tế, tình hình nhanh chóng trở nên tồi tệ. Theo kết quả thử nghiệm, các trở kháng không phù hợp có thể làm tăng tổn thất phản hồi lên đến 6 decibel, gây ra sự cố trong khoảng bốn trên năm hệ thống trạm gốc theo nghiên cứu của New England Labs năm ngoái. Các kỹ thuật sản xuất hiện đại ngày nay duy trì độ căn chỉnh dây dẫn trong phạm vi nhỏ hơn 0,1 milimét. Điều này rất quan trọng khi cáp cần uốn cong ở góc vuông mà không làm mất đi các đặc tính hiệu suất. Kết quả? Chất lượng tín hiệu tốt hơn nhiều với độ méo pha giảm khoảng 32 phần trăm ở các tần số mmWave cao so với cáp được sản xuất không theo các tiêu chuẩn này.
| Nguyên nhân | Đồng gân | Nhôm |
|---|---|---|
| Dẫn điện | 100% IACS | 61% IACS |
| Trọng lượng | 8,96 g/cm³ | 2.70 g/cm³ |
| Khả năng chống ăn mòn | Xuất sắc (có lớp phủ) | Tốt (các biến thể anot hóa) |
| Tính linh hoạt | số chu kỳ uốn cao hơn 30% | độ cứng cao hơn 15% |
Đồng được ưu tiên sử dụng trong các triển khai macrocell công suất cao ở khu vực đô thị, trong khi nhôm với trọng lượng giảm 63% khiến nó lý tưởng cho các lắp đặt trên không. Thiết kế gân rãnh tăng khả năng chống dập 22% ở cả hai vật liệu so với các loại có thành trơn.
Các trạm phát ngày nay phải đối phó với mọi loại nhiễu điện từ phát sinh từ các ăng-ten lân cận, các đường dây điện chạy khắp nơi, cùng vô số thiết bị IoT đang hoạt động xung quanh. Giải pháp ở đây là sử dụng cáp đồng trục RF có lớp chắn tốt—loại cáp này đóng vai trò như một rào cản chống lại tín hiệu radio tần số không mong muốn, vốn có thể làm gián đoạn truyền dẫn. Theo một nghiên cứu gần đây được công bố trong Báo cáo Hiệu quả Chắn sóng RF năm 2024, khi các nhà vận hành đầu tư vào các vật liệu chắn chất lượng cao, họ ghi nhận sự sụt giảm mạnh về các sự cố dịch vụ do nhiễu gây ra. Tại các khu vực thành thị đông đúc, nơi mức độ nhiễu điện từ (EMI) có thể vượt quá 100 vôn trên mét, những cải tiến này đã giảm thiểu sự cố gần hai phần ba. Điều này tạo nên sự khác biệt lớn trong việc duy trì liên lạc ổn định tại các môi trường đô thị chật chội.
Để chống lại EMI tần số cao trong dải tần 5G, các nhà sản xuất sử dụng kiến trúc che chắn nhiều lớp kết hợp giữa lá chắn, bện và các vật liệu composite:
| Loại Che chắn | Phạm vi tần số | Suất suy giảm EMI (dB) | Tính linh hoạt |
|---|---|---|---|
| Bện Đơn | Lên đến 6 GHz | 40 50 dB | Cao |
| Lá + Bện | Lên đến 40 GHz | 70 85 dB | Trung bình |
| Che chắn Bốn Lớp | 60 GHz+ | 90 110 dB | Thấp |
Thiết kế nhiều lớp vượt trội hơn cáp chắn đơn tới 2,5 lần ở dải tần mmWave, dựa trên nghiên cứu so sánh phân tích 120 trạm tế bào.
Mặc dù lớp chắn cải thiện khả năng chống nhiễu EMI, nhưng việc nối cuối không đúng cách có thể dẫn đến hiện tượng hòa lẫn bậc ba thụ động (PIM), trong đó các đầu nối bị ăn mòn hoặc mối nối lỏng lẻo tạo ra tín hiệu không mong muốn. Các nghiên cứu trong ngành cho thấy 31% sự cố tại hiện trường trong mạng dày đặc bắt nguồn từ PIM chứ không phải do lỗi lớp chắn, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lắp ráp chính xác.
Trong các thử nghiệm năm 2023, việc triển khai cáp đồng trục RF có hai lớp chắn tại các trạm gốc macrocell đã giảm 42% số lần truyền lại do EMI. Các mạng sử dụng cáp chắn 90 dB đạt tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) cao hơn 12% so với các mạng dùng thiết kế tiêu chuẩn 60 dB, chứng minh hiệu quả của chúng trong các khu vực có mức độ nhiễu cao như sân vận động và các trung tâm giao thông.
Các cáp đồng trục RF duy trì hiệu suất ổn định trong toàn bộ dải tần số hiện có ở các trạm phát sóng ngày nay, bao gồm mọi thứ từ các dải tần dưới 6 GHz khoảng 3,3 đến 7,1 GHz cho đến các dải tần mmWave cao từ 24 đến 40 GHz. Những cáp này có các vật liệu đặc biệt bên trong giúp giảm thiểu tổn hao tín hiệu và duy trì đúng trở kháng 50 ohm cần thiết để truyền công suất một cách hiệu quả, ngay cả khi xử lý các tín hiệu mạnh lên tới 5 kilowatt trong các hệ thống trạm thu phát lớn. Khi nói riêng về ứng dụng mmWave, các nhà sản xuất đang ngày càng chuyển sang sử dụng lớp cách điện bằng polyethylene dạng xốp được bơm khí nitơ thay vì vật liệu PTFE thông thường. Theo các phát hiện gần đây được công bố năm ngoái trong Báo cáo Hạ tầng Không dây, sự thay đổi này thực tế đã giảm tổn hao tín hiệu khoảng 17 phần trăm, khiến những loại cáp này phù hợp hơn nhiều trong việc xử lý các truyền dẫn tần số cao đầy thách thức.
Trong môi trường đô thị xử lý hơn 50.000 kết nối đồng thời, cáp đồng trục RF có lớp chắn kép duy trì độ toàn vẹn tín hiệu ở mức 98,6% dưới tải đỉnh. Cấu trúc chống uốn của chúng cho phép đi dây gọn gàng trong các máng cáp và tháp, mang lại lợi thế rõ rệt so với các giải pháp ống dẫn sóng cứng.
Ngày càng có nhiều nhà điều hành mạng chuyển sang sử dụng cáp đồng trục RF băng rộng hoạt động trong dải tần từ 1,7 đến 7,5 GHz. Những loại cáp này cho phép họ kết hợp các mạng 4G, 5G và LTE trên cùng một đường cấp tín hiệu duy nhất thay vì sử dụng nhiều đường riêng biệt. Khoản tiết kiệm chi phí từ cách thiết lập này có thể khá đáng kể, khoảng 23 phần trăm theo báo cáo của Liên minh Mobile Broadband năm 2023. Ngoài ra, giải pháp này còn tạo điều kiện mở rộng trong tương lai vì các hệ thống này có thể xử lý tần số lên đến 10 GHz. Nhìn xa hơn nữa, hiện đang có một xu hướng thú vị với các thiết kế cáp lai sử dụng điện môi cách khoảng bằng không khí. Những loại cáp mới này đang bắt đầu xuất hiện trong các ứng dụng yêu cầu kết nối backhaul mmWave băng tần siêu rộng ở mức tần số trên 28 GHz.
Cáp đồng trục RF được dùng để làm gì?
Cáp đồng trục RF được sử dụng để truyền tín hiệu tần số radio trong cơ sở hạ tầng viễn thông, bao gồm các mạng di động và trạm gốc.
Tại sao cáp đồng trục được ưu tiên hơn cáp quang cho các kết nối 'dặm cuối cùng'?
Cáp đồng trục được ưu tiên hơn cáp quang trong kết nối dặm cuối cùng do tỷ lệ chi phí trên hiệu suất và khả năng chống chịu thời tiết.
Dải tần số mà cáp đồng trục RF bao phủ là gì?
Cáp đồng trục RF bao phủ dải tần số từ DC đến 110 GHz, làm cho chúng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
Tác động của việc đấu nối không đúng cách đối với cáp đồng trục RF là gì?
Việc đấu nối không đúng cách có thể dẫn đến hiện tượng điều chế hài bậc thấp thụ động (PIM), gây ra các tín hiệu không mong muốn và làm giảm độ tin cậy.
Thiết kế lớp chắn ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất trong môi trường RF dày đặc?
Các thiết kế lớp chắn với nhiều lớp (lá nhôm, lưới bện, vật liệu composite) giúp giảm các vấn đề nhiễu và cải thiện khả năng chống EMI trong môi trường RF dày đặc.
Bản quyền © 2024 thuộc về Công ty Công nghệ Điện tử Zhenjiang Jiewei - Chính sách bảo mật
EN
Tin Tức Nổi Bật