EN
Frekvenčně závislé mechanismy ztrát ve výkonu koaxiálních kabelů 5G
Skin efekt a dielektrické ztráty v pásmech Sub-6 GHz a mmWave
Při práci na vyšších frekvencích koaxiální kabely prostě nemohou dosahovat stejně dobrých výsledků kvůli způsobu, jakým příroda funguje. Skin efekt tlačí radiofrekvenční proudy směrem k vnějším částem vodičů, což způsobuje, že se chovají, jako by měly vyšší odpor. Měď se rychle zhoršuje s rostoucími frekvencemi a její vodivost klesá přibližně o 40 %, když se frekvence zvýší z 3,5 GHz až na 28 GHz. Současně začínají materiály uvnitř kabelu pohlcovat více energie. Pěnový polyetylen ztrácí přibližně 0,5 dB na metr při 6 GHz, ale přechod na fluorovaný ethylenpropylén snižuje tyto ztráty o přibližně 30 % v těch problematických milimetrových vlnových pásmech, protože zde dochází k menšímu plýtvání energií. Všechny tyto kombinované ztráty značně narušují kvalitu signálu ve velkých MIMO systémech, zejména poškozují přesnost formování svazku nad 24 GHz, kde již téměř nezbývá žádná tolerance pro chyby. Návrháři systémů si často uvědomují, že bojují s postupně se zmenšujícími bezpečnostními rezervami, zatímco frekvence stále dále rostou.
Volby konstrukce koaxiálních kabelů, které určují integritu signálu 5G
Čistota vodiče, porovnání dielektrik z pěnového PE a FEP a kompromisy stínění
Výkon koaxiálních kabelů v systémech 5G opravdu závisí na třech hlavních konstrukčních faktorech. Začněme materiálem vodiče. Bezkyseleký měď (OFC) je upřednostňován, protože snižuje rezistivní ztráty. To je velmi důležité při milimetrových vlnách, kde povrchový efekt tlačí proud pouze do tenké vrstvy blízko povrchu. Dalším faktorem je výběr dielektrického materiálu. Zde existují kompromisy. Pěnový polyethylen dobře funguje pro frekvence pod 6 GHz s nižšími ztrátami signálu, ale při posunu k 28 GHz se stává lepším fluorovaný ethylenpropylen (FEP), a to navzdory tomu, že je o cca 30 % dražší podle časopisu RF Component Journal z minulého roku. Třetím prvkem je stínění. Vícevrstvé konstrukce, jako jsou kombinace fólie, pleteniny a fólie, obvykle dosahují více než 95% pokrytí, což znamená velký rozdíl v ochraně proti elektromagnetickému rušení v přeplněných instalacích. Testy za reálných podmínek ukazují, že kabely s FEP namísto PE vykazují přibližně o 15 % nižší degradaci signálu na frekvenci 24 GHz.
konzistence impedance 50 μ a její role při minimalizaci odrazu v 5G základnových stanicích
Udržování impedance 50 ohm v úzkém rozmezí ±0,5 ohm je velmi důležité pro omezení odrazů signálu u připojení 5G základnových stanic. Zde hrají roli i drobné problémy. Pokud není velikost vodiče konzistentní nebo pokud existují mezery v dielektrickém materiálu, zvyšuje se tzv. poměr stojatého vlnění napětí, neboli VSWR. A tento problém se zhoršuje, když signály putují skrz jednotlivé anténní výživy v poli. Podívejte se, co se stane, když VSWR dosáhne hodnoty 1,5 ku 1 při frekvencích kolem 3,5 GHz. Podle některých průmyslových zpráv z minulého roku může tento jednoduchý nesoulad snížit efektivně vyzařovaný výkon až o 20 %. To je významné. Kvalitní výrobní postupy pomáhají udržet stabilní úroveň impedance, i když se kabely prodlužují nebo se mění teplota. To vede k útlumům odrazu pod -20 dB, což zásadně ovlivňuje kvalitu signálu a zarovnání paprsku u rozsáhlých uspořádání MIMO, na která moderní sítě tak silně spoléhají.
Environmentální a instalační výzvy spolehlivosti koaxiálních kabelů v reálných 5G sítích
Odolnost proti EMI: Účinnost stínění v hustých urbanizovaných prostředích 5G
Koaxiální kabely opravdu čelí potížím s elektromagnetickým rušením v přeplněných městských oblastech, kde jsou antény 5G umístěny těsně vedle silových vedení a různých průmyslových strojů. Radiofrekvenční pole se neustále překrývají, což zhoršuje kvalitu signálu, zejména na sdílených stožárech elektrického vedení nebo pokud jsou více kabelů seskupeny společně na střechách budov. Stínění z drátěné mědi a hliníkové fólie dokáže toto rušení snížit o přibližně 40 až 60 decibelů, čímž pomáhá udržet požadované poměry signálu k šumu, které jsou nezbytné pro kvalitní výkon. Pokud firmy tato stínění vynechají, pokles datové propustnosti je velmi znatelný v místech s intenzivním rušením, jako jsou rušné nádraží nebo centra obchodních čtvrtí, kde se najednou odráží desítky signálů.
Fyzikální faktory degradace: vlhkost, UV záření, ohybový poloměr a mechanické namáhání
Venkovní instalace 5G vystavují koaxiální kabely více environmentálním zatížením, která urychlují stárnutí a zhoršují výkon:
- Vlhkost : Vnikání vlhkosti způsobuje korozi vodičů a degradaci dielektrické izolace, čímž se zvyšuje útlum až o 15 % (PTS, 2023); požadují se odolné proti povětrnostním vlivům pláště a hermeticky utěsněné konektory, zejména v pobřežních nebo vlhkých oblastech.
- UV záření: Nestabilní polyethylénové pláště se po 2–3 letech expozice slunečnímu světlu stanou křehkými a praskají; použití UV stabilních materiálů může prodloužit jejich životnost přibližně o 70 %.
- Ohybový poloměr: Příliš malý ohyb může způsobit deformaci dielektrického jádra, což vede k místnímu nesouladu impedance a mikroodrazům, což je zvláště ničivé pro milimetrové vlny.
- Vibrace a mechanické namáhání : Zatížení větrem a opakované namáhání spojů na stožárech postupem času; použití ocelových vyrovnávacích prvků snižuje poruchovost konektorů o 34 % v oblastech s intenzivním provozem.
Robustní postupy instalace – včetně dodržování minimálních ohybových poloměrů, použití trubek odolných proti UV záření a správného odlehčení tahového napětí – nejsou volitelnými vylepšeními, ale základními požadavky pro dlouhodobou spolehlivost reálných sítí 5G.
