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Mecanismos de pérdida dependientes de la frecuencia en el rendimiento del cable coaxial 5G
Efecto piel y pérdidas dieléctricas en las bandas Sub-6 GHz y mmWave
Cuando se trabaja a frecuencias más altas, los cables coaxiales simplemente no pueden desempeñarse tan bien debido al funcionamiento de la naturaleza. El efecto pelicular empuja las corrientes de radiofrecuencia hacia las partes externas de los conductores, lo que hace que actúen como si tuvieran una resistencia mayor. El cobre empeora rápidamente conforme aumentan las frecuencias, perdiendo cerca del 40 % de su conductividad al pasar de 3,5 GHz a 28 GHz. Al mismo tiempo, los materiales dentro del cable comienzan a absorber más energía. La polietileno espumado pierde aproximadamente 0,5 dB por metro a 6 GHz, pero cambiar al politetrafluoroetileno reduce esas pérdidas en torno al 30 % en esos difíciles rangos de onda milimétrica, ya que desperdicia menos energía. Todas estas pérdidas combinadas afectan seriamente la calidad de la señal en sistemas MIMO grandes, especialmente la precisión del formado de haces por encima de 24 GHz, donde apenas queda margen para errores. Con frecuencia, los diseñadores de sistemas se encuentran luchando contra márgenes de seguridad cada vez más reducidos a medida que las frecuencias continúan aumentando.
Opciones de Construcción de Cables Coaxiales que Definen la Integridad de la Señal 5G
Pureza del Conductor, Dieléctricos de PE Espumado vs. FEP, y Compromisos en la Arquitectura de Blindaje
El rendimiento de los cables coaxiales en los sistemas 5G depende realmente de tres factores principales de construcción. Comencemos con el material del conductor. Se prefiere el cobre libre de oxígeno (OFC) porque reduce las pérdidas resistivas. Esto es muy importante a frecuencias de onda milimétrica, ya que el efecto pelicular empuja la corriente hacia una capa delgada cerca de la superficie. A continuación, tenemos la selección del material dieléctrico. Existen compensaciones aquí. El polietileno espumado funciona bien para frecuencias inferiores a 6 GHz con menores pérdidas de señal, pero al acercarse a 28 GHz, el etileno propileno fluorado (FEP) resulta más adecuado, a pesar de costar aproximadamente un 30 % más según el RF Component Journal del año pasado. El tercer elemento es el blindaje. Los diseños de múltiples capas, como combinaciones de lámina-trenzado-lámina, suelen alcanzar una cobertura superior al 95 %, lo cual marca una gran diferencia frente a la interferencia electromagnética en instalaciones congestionadas. Pruebas en condiciones reales muestran que los cables que utilizan FEP en lugar de PE sufren alrededor de un 15 % menos de degradación de la señal a frecuencias de 24 GHz.
consistencia de impedancia de 50 μ y su papel en la minimización de la reflexión de la estación base 5G
Mantener una impedancia de 50 ohmios dentro de un estrecho margen de ±0.5 ohmios es realmente importante para reducir las reflexiones de señal en esas conexiones de estaciones base 5G. Aquí también importan los pequeños problemas. Cuando el tamaño del conductor no es constante o existen huecos en el material dieléctrico, aumenta algo llamado relación de onda estacionaria de tensión (VSWR). Y este problema empeora a medida que las señales viajan a través de todas esas alimentaciones de antena en un arreglo. Observe lo que ocurre cuando la VSWR alcanza 1.5 a 1 en frecuencias de aproximadamente 3.5 GHz. Según algunos informes industriales del año pasado, este simple desajuste puede reducir en realidad la potencia radiada efectiva en torno al 20 %. Eso es significativo. Buenas prácticas de fabricación ayudan a mantener niveles estables de impedancia incluso cuando los cables se alargan o cambian las temperaturas. Esto conduce a pérdidas de retorno por debajo de -20 dB, lo cual marca una gran diferencia en la calidad de la señal y la alineación del haz en esas configuraciones masivas MIMO de las que las redes modernas dependen tan fuertemente en la actualidad.
Desafíos ambientales e instalación que afectan la fiabilidad de los cables coaxiales en redes 5G del mundo real
Resiliencia ante interferencias electromagnéticas: eficacia del apantallamiento en entornos urbanos densos con 5G
Los cables coaxiales tienen serios problemas con las interferencias electromagnéticas en áreas urbanas congestionadas, donde las antenas 5G están ubicadas justo al lado de líneas eléctricas y todo tipo de maquinaria industrial. Los campos de radiofrecuencia se superponen constantemente, lo que deteriora especialmente la calidad de la señal, sobre todo en postes de servicios compartidos o cuando múltiples cables están agrupados en azoteas. Un apantallamiento compuesto por cobre trenzado y lámina de aluminio puede reducir estas interferencias entre 40 y 60 decibelios, lo cual ayuda a mantener las relaciones señal-ruido necesarias para un buen rendimiento. Cuando las empresas omiten estos apantallamientos, la caída en el rendimiento de transferencia de datos es muy notable en lugares con alta interferencia, como estaciones de tren concurridas o zonas comerciales céntricas, donde docenas de señales rebotan simultáneamente.
Factores de Degradación Física: Humedad, Exposición UV, Radio de Curvatura y Esfuerzo Mecánico
Las instalaciones exteriores de 5G exponen los cables coaxiales a múltiples factores ambientales que aceleran el envejecimiento y reducen el rendimiento:
- Humedad : La entrada de humedad corroe los conductores y degrada el aislamiento dieléctrico, aumentando la atenuación hasta un 15 % (PTS, 2023); es obligatorio utilizar cubiertas resistentes a las condiciones climáticas y conectores herméticamente sellados en zonas costeras o de alta humedad.
- Exposición UV: Las fundas de polietileno inestables se vuelven frágiles y se agrietan tras 2-3 años de exposición solar; el uso de compuestos estables a la UV puede prolongar su vida útil aproximadamente en un 70 %.
- Radio de curvatura: Doblar excesivamente puede deformar el núcleo dieléctrico, provocando una desadaptación local de impedancia y microreflexiones, lo cual resulta especialmente destructivo para las señales de onda milimétrica.
- Vibración y Esfuerzo Mecánico : La carga del viento y la fatiga por tensión en conectores montados en postes deterioran los componentes con el tiempo; el uso de refuerzos de alivio de tensión de acero inoxidable reduce las tasas de fallo de los conectores en un 34 % en áreas de alto tráfico.
Las prácticas de instalación robustas, incluido el cumplimiento de los radios mínimos de curvatura, el uso de conductos con clasificación UV y la correcta liberación de tensión, no son mejoras opcionales sino requisitos fundamentales para la confiabilidad a largo plazo en redes 5G del mundo real.
