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5G同軸ケーブル性能における周波数依存型損失メカニズム
Sub-6GHzおよびmmWave帯域における表皮効果と誘電体損失
高周波数で動作する場合、同軸ケーブルは自然の法則により十分な性能を発揮できません。表皮効果によりRF電流が導体の外側部分に押しやられ、導体がより高い抵抗を持つように振る舞います。銅は周波数が上昇するにつれて急速に劣化し、3.5 GHzから28 GHzまで上昇する際に導電率が約40%低下します。同時に、ケーブル内部の材料はより多くのエネルギーを吸収し始めます。フォームポリエチレンは6 GHzで約0.5 dB／メートルの損失がありますが、フッ素化エチレンプロピレンに切り替えることで、ミリ波帯域という厄介な周波数範囲での損失を約30%低減できます。これはエネルギーをあまり無駄にしないためです。これらの損失がすべて重なると、特に24 GHzを超えるビームフォーミングの精度において誤差許容範囲がほとんどないため、大規模MIMOシステムの信号品質に大きく悪影響を及ぼします。システム設計者は、周波数が上がるにつれて安全マージンが狭まる中で、その限界と戦わざるを得ないことがよくあります。
5G信号整合性を定義する同軸ケーブルの構成選択
導体の純度、発泡PEとFEP誘電体の比較、およびシールド構造のトレードオフ
5Gシステムにおける同軸ケーブルの性能は、実際には主に3つの構造的要因にかかっています。まず導体材料についてです。酸素を除去した銅（OFC）が好まれるのは、抵抗損失を低減できるためです。これはミリ波帯域では特に重要で、表皮効果により電流が表面近くのごく薄い層に集中するからです。次に誘電体材料の選定があります。ここにはトレードオフがあります。発泡ポリエチレンは6GHz以下の周波数帯で信号損失が少なく良好な性能を発揮しますが、28GHz帯まで高周波化する場合には、前年のRF Component Journalによると約30%高価であるにもかかわらず、フッ素化エチレンプロピレン（FEP）の方が優れた性能を示します。3つ目の要素はシールドです。フォイル・ブレード・フォイルの複合多層構造は通常95%以上のカバレッジ率を達成し、密集した設置環境における電磁妨害に対して大きな差異を生み出します。実環境下での試験結果では、PEの代わりにFEPを使用したケーブルは、24GHz周波数帯で約15%少ない信号劣化しか起こさないことが示されています。
50 μインピーダンスの整合性と5G基地局の反射を最小限に抑える上でのその役割
5G基地局の接続において、50オームのインピーダンスを狭い±0.5オームの範囲内に保つことは、信号反射を抑えるために非常に重要です。ここでは微細な問題も影響します。導体のサイズが均一でない場合や誘電体材料に隙間があると、「電圧定在波比（VSWR）」と呼ばれる値が上昇します。そしてこの問題は、信号がアレイ内の多数のアンテナフィードを通るにつれてさらに悪化します。3.5GHz帯付近でVSWRが1.5対1になった場合を考えてみてください。昨年の業界レポートによると、このような単純な不整合によって実効放射電力が約20％低下する可能性があります。これは無視できない影響です。優れた製造工程により、ケーブルの長さが長くなったり温度が変化したりしても、安定したインピーダンスを維持できます。これにより、リターンロスを-20dB以下に抑えられ、現代のネットワークが大きく依存しているマッシブMIMO構成における信号品質やビームアライメントに大きな差をもたらします。
実際の5Gネットワークにおける同軸ケーブルの信頼性に対する環境および設置上の課題
EMI耐性：過密な都市部5G環境におけるシールドの有効性
都市部の混雑した地域では、5Gアンテナが電力線やさまざまな産業用機械の隣に設置されることが多く、同軸ケーブルは電磁干渉（EMI）に対して非常に脆弱です。RFフィールドが至る所で重なり合い、特に共用ポール上や屋上の複数のケーブルが束ねられている場合に、信号品質が大きく損なわれます。編組銅線とアルミ箔の両方によるシールド対策は、こうした干渉を約40～60デシベル低減でき、良好な性能に不可欠な信号対雑音比（SNR）の維持に役立ちます。企業がこれらのシールドを省略すると、駅構内や都心のビジネスエリアなど、数十もの信号が同時に飛び交う強い干渉環境において、データスループットの低下が顕著になります。
物理的劣化要因：湿度、紫外線照射、曲げ半径、機械的応力
屋外の5G設置環境では、同軸ケーブルが複数の環境ストレスにさらされ、これが老化を促進し、性能を低下させます。
- 湿度 ：水分の侵入は導体の腐食を引き起こし、誘電体絶縁体を劣化させ、減衰を最大15％増加させる（PTS、2023）。沿岸部または高湿度地域では、耐候性ジャケットおよび完全密閉型コネクタが必須です。
- 紫外線照射：ポリエチレン被覆は日光に2〜3年さらされるともろくなり、亀裂が生じる。紫外線安定化化合物を使用することで、寿命を約70％延長できる。
- 曲げ半径：急な曲げは誘電体コアの変形を引き起こし、局所的なインピーダンス不整合やマイクロリフレクションを発生させる。これはミリ波信号に対して特に破壊的である。
- 振動および機械的応力 ：風圧負荷および支柱取り付けによるストレインの疲労が時間とともにコネクタを損傷する。高トラフィックエリアでは、ステンレス製ストレインリリーフを使用することでコネクタ故障率を34％削減できる。
最小曲げ半径の遵守、UV耐性配管の使用、適切なストレインリリーフなど、堅牢な設置作業は、実際の5Gネットワークにおいて長期的な信頼性を確保するための選択肢ではなく、基礎的な要件である。
