EN
Frekvenciafüggő veszteségi mechanizmusok az 5G koaxiális kábelek teljesítményében
Bőrhártya-hatás és dielektromos veszteségek az Al-6 GHz és mmWave sávokban
Amikor magasabb frekvenciákon dolgozunk, a koax kábelek egyszerűen nem tudnak olyan jól teljesíteni a természet törvényei miatt. A bőrhatás rákényszeríti az RF-áramokat a vezetők külső részeire, ami miatt úgy viselkednek, mintha nagyobb lenne az ellenállásuk. A réz tulajdonságai gyorsan romlanak, ahogy nő a frekvencia, kb. 40%-os vezetőképesség-csökkenést mutatva 3,5 GHz-ről 28 GHz-re emelkedve. Ugyanakkor a kábel belsejében lévő anyagok egyre több energiát kezdenek el nyelni. A habosított polietilén kábeltípus kb. 0,5 dB veszteséget produkál méterenként 6 GHz-en, de ha fluorozott etilén-propilénre váltunk, ez a veszteség mintegy 30%-kal csökken azon a problémás milliméterhullámú tartományban, mivel itt kevesebb energia vész kárba. Ezek az összegződő veszteségek jelentősen rontják a jelminőséget a nagy MIMO rendszerekben, különösen a beamforming pontosságát érik meg 24 GHz felett, ahol már szinte nincs hely hibának. A rendszertervezők gyakran azt tapasztalják, hogy egyre szűkebb biztonsági tartalékokkal kell küzdeniük, ahogy a frekvenciák tovább emelkednek.
Az 5G-jelet meghatározó koaxális kábelépítési döntések
Vezető tisztaság, hab PE vs. FEP dielektrikumok és pajzsolt építészet kompromisszumok
A koaxiális kábelek teljesítménye az 5G rendszerekben valójában három fő szerkezeti tényezőre redukálódik. Kezdjük a vezető anyagával. Az oxigéntelen réz (OFC) az előnyben részesített, mivel csökkenti az ohmos veszteségeket. Ez különösen fontos milliméterhullámú frekvenciákon, ahol a bőrhatás miatt az áram csak a felület közeli vékony rétegébe koncentrálódik. A következő szempont a dielektrikum anyagának kiválasztása. Itt kompromisszumok vannak. A habosított polietilén jól működik 6 GHz alatti frekvenciákon, alacsonyabb jelveszteséggel, de ha 28 GHz felé közeledünk, a fluoridált etilén-propilén (FEP) válik jobbá, annak ellenére, hogy körülbelül 30%-kal drágább, ahogyan azt az előző év RF Component Journal című lapja közölte. A harmadik elem a képernyőzés. Többrétegű kialakítások, például fólia-kötél-fólia kombinációk általában több mint 95%-os lefedettséget érnek el, ami nagy különbséget jelent az elektromágneses zavarokkal szemben zsúfolt telepítések esetén. Valós körülmények között végzett tesztek azt mutatják, hogy az FEP-t használó kábelek kb. 15%-kal kevesebb jelromlást szenvednek 24 GHz-es frekvencián, mint a PE-t használók.
50 μ Impedancia-állandóság és szerepe a 5G bázisállomások visszaverődésének minimalizálásában
Az 50 ohmos impedancia megtartása szigorú ±0,5 ohmos tűréshatáron belül nagyon fontos az 5G bázisállomás-kapcsolatokban fellépő jelvisszaverődések csökkentéséhez. Itt még a kisebb problémák is számítanak. Ha a vezető mérete nem állandó, vagy hézagok vannak a dielektrikus anyagban, növekszik a feszültségállóhullám-viszony, azaz a VSWR. Ez a probléma pedig egyre súlyosabbá válik, ahogy a jelek végighaladnak az antennaelemek tömbjének tápvonalain. Nézzük meg, mi történik, amikor a VSWR eléri az 1,5:1 értéket körülbelül 3,5 GHz-es frekvenciánál. A tavalyi iparági jelentések szerint egy ilyen egyszerű impedanciamérés akár körülbelül 20%-kal is csökkentheti a hatékonyan kisugárzott teljesítményt. Ez jelentős érték. A jó gyártási gyakorlatok segítenek az impedancia állandó szinten tartásában, még akkor is, ha a kábelek hosszabbak, vagy ha változnak a hőmérsékleti viszonyok. Ez alacsonyabb, -20 dB-nél kisebb visszaverődési veszteségekhez vezet, ami nagy különbséget jelent a jelminőség és a sugárirányítás tekintetében azokban a masszív MIMO-rendszerekben, amelyekre a modern hálózatok ma olyan erősen támaszkodnak.
Koaxiális kábelek megbízhatóságát befolyásoló környezeti és telepítési kihívások a valódi 5G hálózatokban
EMI ellenállóság: Árnyékolás hatékonysága sűrű városi 5G környezetekben
A koaxiális kábelek jelentős nehézségekkel küzdenek az elektromágneses interferencia (EMI) terén túlzsúfolt városi területeken, ahol a 5G antennák közvetlenül áramvezetékek és különféle ipari gépek közelében helyezkednek el. A rádiófrekvenciás terek folyamatosan átfedik egymást, ami különösen rossz hatással van a jelminőségre olyan helyeken, mint a közös használatú oszlopok vagy tetők, ahol több kábel is egy csoportban fut. A fonott rézdrótból és alumíniumfóliából készült árnyékolás képes csökkenteni ezt az interferenciát körülbelül 40–60 decibellel, ami segít fenntartani a fontos jel-zaj arányt a megfelelő teljesítményhez. Amikor a vállalatok lemondanak ezekről az árnyékoló rétegekről, a sávszélesség csökkenése különösen észrevehető olyan helyeken, ahol erős az interferencia, például forgalmas vasútállomásokon vagy belvárosi üzleti körzetekben, ahol tucatnyi jel egyszerre verődik vissza körbe-körbe.
Fizikai degradációs tényezők: páratartalom, UV-sugárzás, hajlítási sugár és mechanikai igénybevétel
A kültéri 5G telepítések koaxiális kábeleket több környezeti terhelésnek is kitéve tesznek ki, amelyek felgyorsítják az öregedést és rontják a teljesítményt:
- Páratartalom : A nedvesség behatolása korróziót okoz a vezetőkön, és romlik a dielektrikus szigetelés, ami akár 15%-kal is növelheti a csillapítást (PTS, 2023); part menti vagy magas páratartalmú régiókban kötelező a vízálló külső burkolat és hermetikusan zárt csatlakozók használata.
- UV-sugárzás: A nem stabil polietilén külső burkolatok 2-3 év napsugárzás után ridegge válnak és repedezni kezdenek; UV-álló anyagok kb. 70%-kal meghosszabbíthatják élettartamukat.
- Hajlítási sugár: A túl szűk hajlítás deformálhatja a dielektrikus magot, helyi impedancia-megfeleletlenséget és mikroreflexiót okozva, amely különösen káros a milliméterhullámú jelekre.
- Rezgés és mechanikai igénybevétel : A szélterhelés és a tartóoszlopokon rögzített kábelek idővel bekövetkező fáradása megterheli a csatlakozókat; rozsdamentes acél feszültségmentesítők 34%-kal csökkentik a csatlakozóhibák gyakoriságát nagy forgalmú területeken.
A robusztus telepítési gyakorlatok - beleértve a minimális görbülettávolság betartását, az UV-sugárzással védett vezetékek használatát és a megfelelő feszültségcsökkentést - nem opcionális fejlesztések, hanem alapvető követelmények a valós 5G hálózatok hosszú távú megbízhatóságához.
