EN
Taajuusriippuvaiset häviömekanismit 5G-koaksiaalikaapelin suorituskyvyssä
Ihoilmiö ja dielektriset häviöt alle 6 GHz:n ja mmWave-taajuuksilla
Korkeammilla taajuuksilla koaksiaalikaapelit eivät yksinkertaisesti pysty toimimaan yhtä hyvin kuin luonto itsessään määrää. Ihoilmiö työntää radiotaajuiset virrat johtimien ulompiin osiin, mikä saa ne toimimaan kuin ne olisivat korkeampiresistanssisia. Kupari heikkenee nopeasti taajuuden noustessa, ja sen johtavuus laskee noin 40 % siirryttäessä 3,5 GHz:stä aina 28 GHz:iin asti. Samanaikaisesti kaapelin sisäiset materiaalit alkavat ottaa enemmän energiaa vastaan. Kuorimuovi menettää noin 0,5 dB/metri 6 GHz:ssä, mutta vaihtamalla fluoroiduksi etyleenipropyleeniksi tämä häviö pienenee noin 30 % haastavilla millimetriaaltotaajuuksilla, koska se ei hukkaa yhtä paljon energiaa. Kaikki nämä yhdistetyt häviöt heikentävät merkittävästi signaalin laatua suurissa MIMO-järjestelmissä, erityisesti heikentaen sädeohjauksen tarkkuutta yli 24 GHz:n, jossa virhemarginaali on jo niin pieni. Järjestelmäsuunnittelijat usein huomaavat itsensä taistelevan kutistuvia turvamargeja vastaan, kun taajuudet jatkavat nousuaan.
Koaksiaalikaapelin rakennevalinnat, jotka määrittävät 5G-signaalin eheyden
Johdinpuhtaus, vaahto-PE:n ja FEP-dielektrikoiden vertailu sekä suojauksen rakenteen kompromissit
Koaksiaalikaapelin suorituskyky 5G-järjestelmissä perustuu kolmeen keskeiseen rakenteelliseen tekijään. Käsitellään ensin johtimateriaali. Happamaton kupari (OFC) on suositeltava vaihtoehto, koska se vähentää resistiivisiä häviöitä. Tämä on erityisen tärkeää millimetriaaltofrekvensseillä, joissa ihoilmiö pakottaa virran virtaamaan ainoastaan ohuessa kerroksessa pinnan lähellä. Seuraavaksi tarkastellaan dielektristä materiaalia. Tässä on kompromisseja. Vaahtomuovinen polyeteeni toimii hyvin alle 6 GHz:n taajuuksilla aiheuttaen alhaisemman signaalihäviön, mutta lähestyttäessä 28 GHz:n taajuutta fluoridoitu etyleenipropyleeni (FEP) ylittää sen suorituskyvyssä, vaikka sen hinta on noin 30 % korkeampi viime vuoden RF Component Journal -julkaisun mukaan. Kolmas tekijä on varaus. Monikerroksiset ratkaisut, kuten folio-seulo-folio -yhdistelmät, saavuttavat tyypillisesti yli 95 %:n peittävyyden, mikä merkitsee suurta eroa sähkömagneettista häiriösuojaa tiheästi asennetuissa järjestelmissä. Olosuhteissa tehdyt testit osoittavat, että FEP:llä varustetut kaapelit kärsivät noin 15 % vähemmän signaalien heikkenemisestä 24 GHz:n taajuuksilla verrattuna PE-kaapeleihin.
50 μ impedanssivakaisuus ja sen rooli 5G-tukiasemien heijastumisen minimoimisessa
50 ohmin impedanssin ylläpitäminen tiukassa +/- 0,5 ohmin vaihteluvälissä on erittäin tärkeää signaalin heijastumisen vähentämiseksi 5G-tukiasemien yhteyksissä. Myös pienet epätarkkuudet ovat tässä merkityksellisiä. Kun johtimen koko ei ole tasainen tai dielektrisessä materiaalissa on aukkoja, jännitteen seisovan aallon suhde eli VSWR kasvaa. Tämä ongelma pahenee entisestään, kun signaalit kulkevat useiden antennikanavien läpi sarjassa. Tarkastellaan tilannetta, jossa VSWR on noin 1,5:1 taajuudella 3,5 GHz. Viime vuosien teollisuusraporttien mukaan tämä yksinkertainen epäsovitus voi itse asiassa alentaa tehokasta lähetystehoa noin 20 %. Se on merkittävää. Hyvät valmistustavat auttavat ylläpitämään vakioimpedanssia, vaikka kaapelit pitenevät tai lämpötilat vaihtelevat. Tämä johtaa paluuhäviöihin alle -20 dB, mikä merkitsee suurta eroa signaalin laadussa ja säteen suuntaamisessa massiivisissa MIMO-rakenteissa, joita nykyaikaiset verkot niin voimakkaasti hyödyntävät.
Ympäristölliset ja asennushaasteet koaksiaalikaapelin luotettavuudessa oikean maailman 5G-verkoissa
Häiriönsieto: Suojauksen tehokkuus tiheissä kaupunkialueiden 5G-ympäristöissä
Koaksiaalikaapelit todella kärsivät sähkömagneettisesta häiriöstä ruuhkaisissa kaupunkialueilla, joissa 5G-antennit sijaitsevat suoraan sähkölinjojen ja kaikenlaisen teollisen koneistuksen vieressä. RF-kentät vain päällekkäin kaikkialla, mikä heikentää signaalin laatua erityisen paljon jaetulla hyötykaapelipylväillä tai kun useita kaapeleita on ryhmitelty yhdessä kattoilla. Sekä kiedotusta kuparista että alumiinifoliosta valmistettu suojaus voi vähentää tätä häiriötä noin 40–60 desibeliä, mikä auttaa säilyttämään ne tärkeät signaali-kohinasuhteet, joita tarvitaan hyvään suorituskykyyn. Kun yritykset jättävät nämä suojaukset pois, datasiirtonopeuden lasku on erittäin huomattava paikoissa, joissa häiriöt ovat voimakkaita, kuten vilkkaille rautatieasemilla tai keskustan liikealueilla, joissa kymmeniä signaaleja heijastuu yhtä aikaa.
Fysikaaliset hajoamistekijät: kosteus, UV-säteily, taivutussäde ja mekaaninen rasitus
Ulkoiset 5G-asennukset altistavat koaksiaalikaapelit useille ympäristötekijöille, jotka kiihdyttävät vanhenemista ja heikentävät suorituskykyä:
- Kosteus : Kosteuden tunkeutuminen aiheuttaa johtimien korroosiota ja heikentää dielektristä eristystä, mikä lisää vaimennusta jopa 15 % (PTS, 2023); vesitiiviit ulkokoteloit ja tiiviisti suljetut liittimet ovat pakollisia rannikko- ja korkean kosteuden alueilla.
- UV-säteily: Epävakaa polyeteenisheini muuttuu haurhaaksi ja halkeaa 2–3 vuoden auringonaltistumisen jälkeen; UV-vakaita yhdisteitä käyttämällä voidaan pidentää elinikää noin 70 %.
- Taivutussäde: Tiukka taivutus voi vääristää dielektrisen ytimen, mikä aiheuttaa paikallisen impedanssin epäsovituksen ja mikroheijastuksen, ja se on erityisen tuhoisaa millimetriaaltosignaaleille.
- Värähtely ja mekaaninen rasitus : Tuulikuorma ja mastoon asennettujen liittimien väsymisrasitus kuluvat ajan myötä; ruostumattomat teräkset väsymissuojat vähentävät liitinvirtoja 34 %:lla taajasti liikennöidyillä alueilla.
Vahvat asennuskäytännöt - mukaan lukien vähimmäisnopeuden noudattaminen, UV-luokan johtojen käyttö ja asianmukainen rasituksen lieventäminen - eivät ole valinnaisia parannuksia vaan perusvaatimuksia pitkäaikaiselle luotettavuudelle todellisissa 5G-verkkoissa.
