EN
Механизмы потерь, зависящие от частоты, в производительности коаксиального кабеля 5G
Скин-эффект и диэлектрические потери в диапазонах ниже 6 ГГц и mmWave
При работе на более высоких частотах коаксиальные кабели просто не могут обеспечить хорошую производительность из-за особенностей физических процессов. Эффект поверхностного натяжения вынуждает ВЧ-токи концентрироваться на внешних участках проводников, из-за чего они ведут себя так, будто имеют большее сопротивление. Медь быстро ухудшается по мере роста частот, теряя около 40 % проводимости при переходе от 3,5 ГГц до 28 ГГц. В то же время диэлектрические материалы внутри кабеля начинают поглощать больше энергии. Пенополиэтилен теряет около 0,5 дБ на метр при 6 ГГц, однако использование фторированного этилена пропилена снижает эти потери примерно на 30 % в сложных миллиметровых диапазонах волн, поскольку он расходует меньше энергии. Все эти совокупные потери серьёзно влияют на качество сигнала в крупных системах MIMO, особенно ухудшая точность формирования луча выше 24 ГГц, где запас по ошибкам становится практически нулевым. Разработчики систем всё чаще сталкиваются с необходимостью бороться с уменьшающимися запасами надёжности по мере дальнейшего роста частот.
Выбор конструкции коаксиальных кабелей, определяющий целостность сигнала 5G
Чистота проводника, ПЭ из пены против диэлектриков FEP и компромиссы с архитектурой защиты
Работа коаксиальных кабелей в системах 5G действительно зависит от трех основных факторов конструкции. Начнем с материала проводника. Бескислородная медь (OFC) предпочтительна, поскольку она снижает резистивные потери. Это особенно важно на частотах миллиметровых волн, поскольку скин-эффект вытесняет ток в тонкий слой у поверхности. Следующий фактор — выбор диэлектрического материала. Здесь присутствуют компромиссы. Пенополиэтилен хорошо работает на частотах ниже 6 ГГц с меньшими потерями сигнала, но при переходе к 28 ГГц фторированный этиленпропилен (FEP) становится предпочтительнее, несмотря на то, что его стоимость примерно на 30 % выше, согласно журналу RF Component Journal за прошлый год. Третий элемент — экранирование. Многослойные конструкции, такие как комбинации фольга-оплетка-фольга, обычно обеспечивают покрытие более 95 %, что существенно снижает влияние электромагнитных помех в условиях плотной прокладки. Испытания в реальных условиях показали, что кабели с FEP вместо PE демонстрируют примерно на 15 % меньшее ослабление сигнала на частоте 24 ГГц.
согласованность импеданса 50 мкм и её роль в минимизации отражения сигнала в базовых станциях 5G
Поддержание импеданса 50 Ом в узком диапазоне ±0,5 Ом имеет большое значение для снижения отражений сигнала в соединениях базовых станций 5G. Здесь важны даже незначительные детали. Если размер проводника нестабилен или имеются зазоры в диэлектрическом материале, это увеличивает коэффициент стоячей волны напряжения (КСВН). Эта проблема усугубляется по мере прохождения сигналов через все фидеры антенной решётки. Обратите внимание, что происходит, когда КСВН достигает значения 1,5 к 1 на частотах около 3,5 ГГц. Согласно отраслевым отчётам прошлого года, такое простое несоответствие может снизить эффективную излучаемую мощность примерно на 20%. Это существенно. Качественные производственные методы помогают поддерживать стабильный уровень импеданса, даже когда кабели удлиняются или изменяются температурные условия. Это приводит к потерям на отражение ниже -20 дБ, что значительно влияет на качество сигнала и выравнивание луча в современных системах massive MIMO, от которых сегодня в значительной степени зависят сети.
Экологические и монтажные проблемы, влияющие на надежность коаксиальных кабелей в реальных сетях 5G
Устойчивость к ЭМП: эффективность экранирования в плотных городских условиях 5G
Коаксиальные кабели действительно плохо справляются с электромагнитными помехами в загруженных городских районах, где антенны 5G расположены прямо рядом с линиями электропередач и различными промышленными механизмами. Радиочастотные поля постоянно перекрываются, что особенно сильно ухудшает качество сигнала на общих опорах линий связи или когда несколько кабелей собраны вместе на крышах зданий. Экранирование из оплетки из медных проводов и алюминиевой фольги способно снизить уровень таких помех примерно на 40–60 децибел, что помогает сохранять необходимые соотношения сигнал/шум для стабильной работы. Если компании отказываются от таких экранов, падение скорости передачи данных становится явно заметным в местах с сильными помехами, например, на оживлённых железнодорожных вокзалах или в центральных деловых районах, где одновременно распространяются десятки сигналов.
Факторы физического старения: влажность, УФ-излучение, радиус изгиба и механические нагрузки
Установки 5G на открытом воздухе подвергают коаксиальные кабели множеству внешних воздействий, которые ускоряют старение и ухудшают производительность:
- Влажность : Проникновение влаги вызывает коррозию проводников и ухудшает диэлектрическую изоляцию, увеличивая затухание до 15% (PTS, 2023); использование герметичных оболочек и полностью герметичных соединителей обязательно в прибрежных или влажных регионах.
- УФ-излучение: нестабильные полиэтиленовые оболочки становятся хрупкими и трескаются после 2–3 лет воздействия солнечного света; применение УФ-стабильных составов может продлить срок их службы примерно на 70%.
- Радиус изгиба: чрезмерно острый изгиб может деформировать диэлектрический сердечник, вызывая локальный импедансный дисбаланс и микрорефлексии, что особенно разрушительно для сигналов миллиметрового диапазона.
- Вибрация и механические нагрузки : Ветровые нагрузки и усталость соединителей на опорах со временем приводят к повреждениям; использование стальных компенсаторов натяжения снижает частоту отказов соединителей на 34% в районах с высокой нагрузкой.
Надежные методы установки — включая соблюдение минимального радиуса изгиба, использование кабелепроводов с защитой от УФ-излучения и правильную разгрузку от натяжения — не являются дополнительными улучшениями, а представляют собой базовые требования для долгосрочной надежности реальных сетей 5G.
