Ποιοί Παράγοντες Επηρεάζουν την Αξιοπιστία του Ομοαξονικού Καλωδίου στο 5G;

Μηχανισμοί Απώλειας Εξαρτώμενοι από τη Συχνότητα στην Απόδοση Ομοαξονικού Καλωδίου 5G

Φαινόμενο Δέρματος και Απώλειες Διηλεκτρικού στις Ζώνες Sub-6 GHz και mmWave

Όταν εργαζόμαστε σε υψηλότερες συχνότητες, τα ομοαξονικά καλώδια απλά δεν μπορούν να επιδείξουν την ίδια απόδοση λόγω του τρόπου λειτουργίας της φύσης. Το φαινόμενο της επικρανίας ωθεί τα ραδιοσυχνοτικά ρεύματα προς τα εξωτερικά μέρη των αγωγών, κάνοντας τους να συμπεριφέρονται σαν να έχουν μεγαλύτερη αντίσταση. Ο χαλκός επιδεινώνεται γρήγορα καθώς αυξάνονται οι συχνότητες, με μείωση περίπου 40% στην αγωγιμότητα όταν μεταβαίνουμε από 3,5 GHz έως 28 GHz. Ταυτόχρονα, τα υλικά μέσα στο καλώδιο αρχίζουν να απορροφούν περισσότερη ενέργεια. Η αφρώδης πολυαιθυλένιο χάνει περίπου 0,5 dB ανά μέτρο στα 6 GHz, αλλά η αλλαγή σε προπυλενιούχο φθοριούχο αιθυλένιο μειώνει αυτές τις απώλειες κατά περίπου 30% σε εκείνες τις δύσκολες περιοχές των χιλιοστομετρικών κυμάτων, αφού δεν καταναλώνει τόση πολύ ενέργεια. Όλες αυτές οι συνδυασμένες απώλειες επηρεάζουν σοβαρά την ποιότητα του σήματος σε μεγάλα συστήματα MIMO, ειδικά υποβαθμίζοντας την ακρίβεια του σχηματισμού δέσμης πέραν των 24 GHz, όπου υπάρχει πλέον σχεδόν μηδενικό περιθώριο για σφάλματα. Συχνά οι σχεδιαστές συστημάτων βρίσκουν τον εαυτό τους να αγωνίζεται ενάντια σε μειούμενα περιθώρια ασφαλείας καθώς οι συχνότητες συνεχίζουν να αυξάνονται.

Επιλογές Κατασκευής Ομοαξονικού Καλωδίου που Καθορίζουν την Ακεραιότητα του Σήματος 5G

Καθαρότητα Αγωγού, Πολυαιθυλένιο με Αφρώδη Δομή έναντι FEP Διηλεκτρικών και Επιλογές Σχεδιασμού Θωράκισης

Η απόδοση των ομοαξονικών καλωδίων στα συστήματα 5G βασίζεται πραγματικά σε τρεις βασικούς παράγοντες κατασκευής. Ας ξεκινήσουμε με το υλικό του αγωγού. Προτιμάται το χαλκός χωρίς οξυγόνο (OFC), επειδή μειώνει τις απώλειες λόγω αντίστασης. Αυτό έχει μεγάλη σημασία στις συχνότητες millimeter wave, καθώς το φαινόμενο δέρματος ωθεί το ρεύμα σε ένα λεπτό στρώμα κοντά στην επιφάνεια. Στη συνέχεια έρχεται η επιλογή του διηλεκτρικού υλικού. Υπάρχουν συμβιβασμοί εδώ. Το αφρώδες πολυαιθυλένιο λειτουργεί καλά για συχνότητες κάτω των 6 GHz με χαμηλότερες απώλειες σήματος, αλλά όταν φτάνουμε στα 28 GHz, το φθοριωμένο αιθυλένιο προπυλένιο (FEP) γίνεται καλύτερο, παρά το ότι κοστίζει περίπου 30% περισσότερο, σύμφωνα με το RF Component Journal του περασμένου έτους. Το τρίτο στοιχείο είναι η θωράκιση. Οι πολυεπίπεδες κατασκευές, όπως οι συνδυασμοί φύλλου-πλεξίματος-φύλλου, φτάνουν συνήθως σε κάλυψη άνω του 95%, κάτι που κάνει μεγάλη διαφορά έναντι των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών σε πυκνές εγκαταστάσεις. Δοκιμές σε πραγματικές συνθήκες δείχνουν ότι τα καλώδια που χρησιμοποιούν FEP αντί για PE υφίστανται περίπου 15% λιγότερη εξασθένιση σήματος στις συχνότητες των 24 GHz.

η συνέπεια της αντίστασης 50 μ και ο ρόλος της στην ελαχιστοποίηση της ανάκλασης σε σταθμούς βάσης 5G

Η διατήρηση της αντίστασης στα 50 ohm εντός ενός στενού εύρους ±0,5 ohm είναι πολύ σημαντική για τη μείωση των ανακλάσεων σήματος στις συνδέσεις των βάσεις 5G. Επίσης, έχουν σημασία και τα μικρά ζητήματα. Όταν το μέγεθος του αγωγού δεν είναι σταθερό ή υπάρχουν κενά στο διηλεκτρικό υλικό, αυξάνεται κάτι που ονομάζεται λόγος στάσιμου κύματος τάσης ή VSWR. Και αυτό το πρόβλημα επιδεινώνεται καθώς τα σήματα διαδίδονται μέσω όλων εκείνων των τροφοδοτών κεραιών σε έναν πίνακα. Ας δούμε τι συμβαίνει όταν ο VSWR φτάνει το 1,5 προς 1 σε συχνότητες περίπου 3,5 GHz. Σύμφωνα με ορισμένες ετήσιες εκθέσεις του κλάδου από το περασμένο έτος, αυτή η απλή αντιστοίχιση μπορεί να μειώσει την αποτελεσματική εκπεμπόμενη ισχύ κατά περίπου 20%. Αυτό είναι σημαντικό. Οι καλές πρακτικές παραγωγής βοηθούν στη διατήρηση σταθερών επιπέδων αντίστασης, ακόμα και όταν τα καλώδια γίνονται μεγαλύτερα ή όταν αλλάζουν οι θερμοκρασίες. Αυτό οδηγεί σε απώλειες ανάκλασης κάτω από -20 dB, κάτι που κάνει μεγάλη διαφορά στην ποιότητα του σήματος και στην ευθυγράμμιση δέσμης σε αυτές τις εγκαταστάσεις massive MIMO, οι οποίες είναι κρίσιμες για τα σύγχρονα δίκτυα.

Περιβαλλοντικές και Προκλήσεις Εγκατάστασης στην Αξιοπιστία Συναξονικών Καλωδίων σε Πραγματικά Δίκτυα 5G

Ανθεκτικότητα σε ΗΜΠ: Αποτελεσματικότητα Θώρακας σε Πυκνά Αστικά Περιβάλλοντα 5G

Τα συναξονικά καλώδια αντιμετωπίζουν πραγματικά δυσκολίες με τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές σε πυκνοκατοικημένες πόλεις, όπου οι κεραίες 5G βρίσκονται δίπλα-δίπλα με γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας και διάφορα βιομηχανικά μηχανήματα. Τα ραδιοσυχνοτικά πεδία αλληλοεπικαλύπτονται παντού, γεγονός που επηρεάζει σοβαρά την ποιότητα του σήματος, ιδιαίτερα σε κοινά στηρίγματα υποδομών ή όταν πολλά καλώδια ομαδοποιούνται μαζί στις ταράτσες. Η θώρακας από πλεξούδα χαλκού και φύλλο αλουμινίου μπορεί να μειώσει αυτές τις παρεμβολές κατά περίπου 40 έως 60 decibels, κάτι που βοηθά στη διατήρηση των απαραίτητων λόγων σήματος προς θόρυβο για καλή απόδοση. Όταν οι εταιρείες παραλείπουν αυτές τις θωρακίσεις, η μείωση της ροής δεδομένων γίνεται ιδιαίτερα αισθητή σε περιοχές με έντονες παρεμβολές, όπως σε πολυσύχναστους σιδηροδρομικούς σταθμούς ή σε επιχειρηματικές περιοχές του κέντρου της πόλης, όπου δεκάδες σήματα ανακλώνται ταυτόχρονα.

Παράγοντες Φυσικής Αποπεράτωσης: Υγρασία, Έκθεση σε Υπεριώδη Ακτινοβολία, Ακτίνα Κάμψης και Μηχανικές Τάσεις

Οι εγκαταστάσεις 5G σε εξωτερικούς χώρους εκθέτουν τα ομοαξονικά καλώδια σε πολλαπλούς περιβαλλοντικούς παράγοντες πίεσης που επιταχύνουν τη γήρανση και επιδεινώνουν την απόδοση:

• Υγρασία : Η διείσδυση υγρασίας προκαλεί διάβρωση στους αγωγούς και υποβάθμιση της διηλεκτρικής μόνωσης, αυξάνοντας την εξασθένηση έως και 15% (PTS, 2023). Σε παράκτιες ή περιοχές υψηλής υγρασίας, είναι υποχρεωτική η χρήση υδατοαπωθητικής μόνωσης και ερμητικά σφραγισμένων συνδετήρων.
• Έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία: Ασταθείς θήκες από πολυαιθυλένιο γίνονται εύθραυστες και ραγίζουν μετά από 2-3 χρόνια έκθεσης στο φως του ήλιου. Η χρήση υλικών σταθερών στην υπεριώδη ακτινοβολία μπορεί να επεκτείνει τον χρόνο ζωής τους κατά περίπου 70%.
• Ακτίνα κάμψης: Η στενή κάμψη μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση της διηλεκτρικής κεντρικής δομής, με αποτέλεσμα τοπική αναντιστοιχία σύνθετης αντίστασης και μικροανακλάσεις, γεγονός ιδιαίτερα καταστροφικό για τα σήματα millimeter wave.
• Δόνηση και Μηχανική Τάση : Η πίεση από τον άνεμο και η κόπωση των συνδετήρων λόγω τάσης σε ιστούς προκαλεί βλάβη με την πάροδο του χρόνου. Οι διακοπές σύνδεσης με ανοξείδωτο χάλυβα μειώνουν τα ποσοστά αποτυχίας των συνδετήρων κατά 34% σε περιοχές με έντονη κίνηση.

Οι ανθεκτικές πρακτικές εγκατάστασης — όπως η τήρηση των ελάχιστων ακτίνων καμπυλότητας, η χρήση σωληνώσεων με αντοχή στην υπεριώδη ακτινοβολία και η σωστή αποφυγή των μηχανικών τάσεων — δεν είναι προαιρετικές βελτιώσεις, αλλά βασικές απαιτήσεις για τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία σε πραγματικά δίκτυα 5G.