Quali fattori influenzano l'affidabilità dei cavi coassiali nel 5G?

Meccanismi di perdita dipendenti dalla frequenza nelle prestazioni del cavo coassiale 5G

Effetto pelle e perdite dielettriche nelle bande Sub-6 GHz e mmWave

Quando si opera a frequenze più elevate, i cavi coassiali non riescono a prestare le stesse prestazioni a causa del modo in cui funziona la natura. L'effetto pelle spinge le correnti RF verso le parti esterne dei conduttori, facendoli comportare come se avessero una resistenza più alta. Il rame peggiora rapidamente all'aumentare delle frequenze, perdendo circa il 40% della conducibilità passando da 3,5 GHz fino a 28 GHz. Allo stesso tempo, i materiali all'interno del cavo cominciano ad assorbire più energia. Il polietilene espanso perde circa 0,5 dB al metro a 6 GHz, ma passando al fluoruro di etilene propilene questa perdita si riduce di circa il 30% negli impegnativi intervalli delle onde millimetriche, poiché spreca meno energia. Tutte queste perdite combinate compromettono seriamente la qualità del segnale nei grandi sistemi MIMO, danneggiando in particolare la precisione del beamforming oltre i 24 GHz, dove ormai non c'è quasi più margine d'errore. Spesso i progettisti di sistema si trovano a dover lottare contro margini di sicurezza sempre più ridotti all'aumentare delle frequenze.

Scelte di costruzione di cavi coassiali che definiscono l'integrità del segnale 5G

Purezza del conduttore, PE in schiuma contro dielettrici FEP e compromessi di architettura di schermatura

Le prestazioni dei cavi coassiali nei sistemi 5G dipendono essenzialmente da tre fattori principali legati alla costruzione. Cominciamo dal materiale del conduttore. Il rame senza ossigeno (OFC) è preferito perché riduce le perdite resistive. Questo aspetto è molto importante alle frequenze millimetriche, poiché l'effetto pelle spinge la corrente in un sottile strato vicino alla superficie. Passiamo poi alla scelta del materiale dielettrico. In questo caso ci sono compromessi da considerare. Il polietilene espanso funziona bene per frequenze inferiori a 6 GHz, con minori perdite di segnale, ma quando si raggiungono i 28 GHz, il fluoruro di etilene propilene (FEP) risulta più efficace, nonostante costi circa il 30% in più secondo quanto riportato lo scorso anno da RF Component Journal. Il terzo elemento è lo schermatura. Le soluzioni multistrato, come combinazioni di foglio intrecciato e ulteriore foglio, raggiungono tipicamente una copertura superiore al 95%, il che fa una grande differenza contro le interferenze elettromagnetiche negli impianti affollati. Test effettuati in condizioni reali mostrano che i cavi che utilizzano FEP invece del PE subiscono circa il 15% in meno di degrado del segnale alle frequenze di 24 GHz.

50 μ Consistenza dell'impedenza e il suo ruolo nel minimizzare il riflesso della stazione base 5G

Mantenere l'impedenza di 50 ohm entro un range stretto di +/- 0,5 ohm è davvero importante per ridurre i riflessi del segnale nelle connessioni delle stazioni base 5G. Anche qui contano i piccoli problemi. Quando la dimensione del conduttore non è coerente o ci sono lacune nel materiale dielettrico, aumenta qualcosa chiamato rapporto di onda stazionaria di tensione o VSWR. E questo problema peggiora man mano che i segnali viaggiano attraverso tutte quelle antenne in una matrice. Guardate cosa succede quando VSWR raggiunge 1,5 a 1 a frequenze intorno ai 3,5 GHz. Secondo alcuni rapporti dell'industria dello scorso anno, questa semplice disadattamento può effettivamente ridurre la potenza irradiata effettiva di circa il 20%. E' importante. Buone pratiche di produzione aiutano a mantenere livelli di impedenza costanti anche quando i cavi diventano più lunghi o le temperature cambiano. Questo porta a perdite di ritorno al di sotto di -20 dB che fanno una grande differenza per la qualità del segnale e l'allineamento del fascio in quelle enormi configurazioni MIMO su cui le reti moderne si basano così pesantemente in questi giorni.

Sfide Ambientali e di Installazione per l'Affidabilità dei Cavi Coassiali nelle Reti 5G Reali

Resilienza ai Disturbi Elettromagnetici: Efficacia della Schermatura negli Ambienti Urbani Densamente Popolati con 5G

I cavi coassiali hanno notevoli difficoltà con i disturbi elettromagnetici nelle aree urbane affollate, dove le antenne 5G sono posizionate proprio accanto a linee elettriche e a ogni tipo di macchinario industriale. I campi radio frequenza continuano a sovrapporsi ovunque, compromettendo gravemente la qualità del segnale, in particolare sui pali multifunzionali condivisi o quando più cavi sono raggruppati insieme sui tetti. Una schermatura realizzata con rame intrecciato e foglio di alluminio può ridurre questi disturbi di circa 40-60 decibel, contribuendo a mantenere i rapporti segnale-rumore necessari per prestazioni ottimali. Quando le aziende omettono queste schermature, la riduzione del throughput dati diventa particolarmente evidente in zone ad alta interferenza, come stazioni ferroviarie affollate o aree centrali commerciali, dove dozzine di segnali rimbalzano contemporaneamente.

Fattori di degrado fisico: umidità, esposizione ai raggi UV, raggio di curvatura e sollecitazioni meccaniche

Le installazioni 5G esterne espongono i cavi coassiali a molteplici agenti atmosferici che accelerano l'invecchiamento e compromettono le prestazioni:

• Umidità : L'ingresso di umidità corrode i conduttori e degrada l'isolamento dielettrico, aumentando l'attenuazione fino al 15% (PTS, 2023); rivestimenti impermeabili e connettori ermeticamente sigillati sono obbligatori nelle zone costiere o ad alta umidità.
• Esposizione ai raggi UV: le guaine in polietilene non stabili diventano fragili e si crepano dopo 2-3 anni di esposizione alla luce solare; l'uso di composti stabilizzati ai raggi UV può prolungarne la durata di circa il 70%.
• Raggio di curvatura: una curvatura troppo stretta può deformare il nucleo dielettrico, causando un disadattamento locale dell'impedenza e micro riflessioni, con effetti particolarmente distruttivi sui segnali in banda millimetrica.
• Vibrazione e sollecitazioni meccaniche : Il carico del vento e la fatica da trazione nei connettori montati su pali nel tempo; l'uso di dispositivi di scarico dello sforzo in acciaio inossidabile riduce del 34% i guasti dei connettori nelle aree ad alto traffico.

Pratiche di installazione robuste — inclusa l'adesione ai raggi di curvatura minimi, l'uso di tubi protettivi con valutazione UV e un corretto scarico della trazione — non sono miglioramenti facoltativi, ma requisiti fondamentali per l'affidabilità a lungo termine nelle reti 5G reali.