ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อความน่าเชื่อถือของสายสัญญาณโคแอกเชียลในระบบ 5G

กลไกการสูญเสียที่ขึ้นอยู่กับความถี่ในประสิทธิภาพของสายสัญญาณโคแอกเชียล 5G

ผลกระทบจากผิวหน้าและการสูญเสียจากไดอิเล็กทริกในช่วงความถี่ Sub-6 GHz และ mmWave

เมื่อทำงานที่ความถี่สูงขึ้น สายโคแอ็กเชียลไม่สามารถทำงานได้ดีเท่าที่ควรเนื่องจากธรรมชาติของคลื่นไฟฟ้า โดยปรากฏการณ์ผิวหนัง (skin effect) จะผลักดันกระแสความถี่วิทยุไปยังส่วนนอกของตัวนำ ส่งผลให้ตัวนำมีลักษณะเหมือนมีความต้านทานสูงขึ้น ความนำไฟฟ้าของทองแดงจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น โดยลดลงประมาณ 40% เมื่อความถี่เพิ่มจาก 3.5 กิกะเฮิรตซ์ ไปจนถึง 28 กิกะเฮิรตซ์ ในเวลาเดียวกัน วัสดุภายในสายเคเบิลก็จะดูดซับพลังงานมากขึ้น โฟมพอลิเอทิลีนจะสูญเสียพลังงานประมาณ 0.5 เดซิเบลต่อเมตรที่ความถี่ 6 กิกะเฮิรตซ์ แต่หากเปลี่ยนมาใช้วัสดุฟลูออรีนเอทิลีนโพรพิลีน (fluorinated ethylene propylene) จะช่วยลดการสูญเสียนี้ลงได้ประมาณ 30% ในช่วงคลื่นมิลลิเมตร ซึ่งเป็นช่วงที่มีปัญหา เพราะวัสดุดังกล่าวสูญเสียพลังงานน้อยกว่า การสูญเสียรวมทั้งหมดเหล่านี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของสัญญาณในระบบ MIMO ขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งทำให้ความแม่นยำของการสร้างลำแสง (beamforming) ลดลงเมื่อความถี่เกิน 24 กิกะเฮิรตซ์ ซึ่งในช่วงนี้แทบไม่มีพื้นที่ให้เกิดข้อผิดพลาดเลย นักออกแบบระบบจึงมักพบว่าตนเองต้องต่อสู้กับขอบเขตความปลอดภัยที่แคบลงเรื่อย ๆ เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

การเลือกสร้างสายเคเบิลโคอาเซียล ที่กําหนดความสมบูรณ์แบบของสัญญาณ 5G

ความบริสุทธิ์ของสายนํา, PE โฟม VS FEP Dielectrics, และการปรับปรุงสถาปัตยกรรมการป้องกัน

ประสิทธิภาพของสายสัญญาณโคแอกเชียลในระบบ 5G ขึ้นอยู่กับปัจจัยการสร้างสรรค์หลักสามประการ เริ่มต้นด้วยวัสดุตัวนำ ทองแดงไร้ออกซิเจน (OFC) เป็นที่ต้องการเนื่องจากช่วยลดการสูญเสียจากความต้านทาน ซึ่งมีความสำคัญมากที่ความถี่คลื่น миллиเมตร เพราะเอฟเฟกต์ผิวหนังจะดันกระแสไฟฟ้าให้ไหลเฉพาะชั้นบางๆ ใกล้ผิวเท่านั้น ต่อมาคือการเลือกวัสดุฉนวน มีข้อพิจารณาเปรียบเทียบกันอยู่ โฟมโพลีเอทิลีนทำงานได้ดีสำหรับความถี่ต่ำกว่า 6 กิกะเฮิรตซ์ โดยมีการสูญเสียสัญญาณต่ำกว่า แต่เมื่อใช้ความถี่สูงขึ้นใกล้ 28 กิกะเฮิรตซ์ ฟลูออรีนเอทิลีนโพรพิลีน (FEP) จะให้ผลดีกว่า แม้จะมีราคาสูงกว่าประมาณ 30% ตามรายงานจากวารสาร RF Component Journal เมื่อปีที่แล้ว องค์ประกอบที่สามคือการป้องกันสัญญาณรบกวน การออกแบบแบบหลายชั้น เช่น การรวมกันของแผ่นฟอยล์-ตาข่าย-ฟอยล์ โดยทั่วไปสามารถครอบคลุมได้มากกว่า 95% ซึ่งทำให้แตกต่างอย่างมากในการป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในติดตั้งที่มีความแออัด ผลการทดสอบในสภาพแวดล้อมจริงแสดงให้เห็นว่า สายสัญญาณที่ใช้ FEP แทน PE มีการเสื่อมสภาพของสัญญาณน้อยกว่าประมาณ 15% ที่ความถี่ 24 กิกะเฮิรตซ์

ความคงที่ของอิมพีแดนซ์ 50 μ และบทบาทในการลดการสะท้อนของสถานีฐาน 5G

การรักษาระดับความต้านทาน 50 โอห์ม ภายในช่วงแคบๆ ที่ ±0.5 โอห์ม มีความสำคัญอย่างยิ่งในการลดการสะท้อนของสัญญาณในระบบเชื่อมต่อสถานีฐาน 5G ปัญหาเล็กน้อยก็มีผลเช่นกัน เช่น เมื่อขนาดของตัวนำไม่สม่ำเสมอ หรือมีช่องว่างในวัสดุฉนวน จะทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า อัตราส่วนคลื่นคงที่ของแรงดันไฟฟ้า (VSWR) โดยปัญหานี้จะรุนแรงขึ้นเมื่อสัญญาณเดินทางผ่านสายจ่ายสัญญาณหลายเส้นในแถวลำดับเสาอากาศ พิจารณาสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อค่า VSWR อยู่ที่ 1.5 ต่อ 1 ที่ความถี่ประมาณ 3.5 กิกะเฮิรตซ์ ตามรายงานอุตสาหกรรมบางฉบับเมื่อปีที่แล้ว การไม่สอดคล้องกันเพียงเล็กน้อยนี้สามารถทำให้พลังงานที่แผ่รังสีได้อย่างมีประสิทธิภาพลดลงได้ประมาณ 20% ซึ่งถือเป็นค่าที่มีนัยสำคัญ การปฏิบัติตามหลักการผลิตที่ดีจะช่วยรักษาระดับความต้านทานให้คงที่ แม้ในกรณีที่สายเคเบิลยาวขึ้นหรืออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้เกิดการสูญเสียการสะท้อนกลับต่ำกว่า -20 เดซิเบล ซึ่งส่งผลดีอย่างมากต่อคุณภาพของสัญญาณและการจัดแนวลำแสงในระบบที่ใช้เทคโนโลยี MIMO ขนาดใหญ่ ที่เครือข่ายยุคใหม่พึ่งพาอย่างหนักในปัจจุบัน

ความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมและการติดตั้งที่มีผลต่อความน่าเชื่อถือของสายสัญญาณโคแอกเชียลในเครือข่าย 5G จริง

ความทนทานต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า: ประสิทธิภาพของการป้องกันสัญญาณในสภาพแวดล้อมเมืองหนาแน่นสำหรับ 5G

สายสัญญาณโคแอกเชียลมีปัญหาอย่างมากกับสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในพื้นที่เมืองที่แออัด ซึ่งเสาอากาศ 5G ติดตั้งอยู่ใกล้กับสายไฟแรงสูงและเครื่องจักรอุตสาหกรรมชนิดต่างๆ สนามคลื่นวิทยุทับซ้อนกันไปทั่ว ทำให้คุณภาพสัญญาณเสียหายอย่างรุนแรง โดยเฉพาะในกรณีที่ติดตั้งบนเสาโครงสร้างสาธารณูปโภคร่วมกัน หรือเมื่อมีการรวมกลุ่มสายสัญญาณหลายเส้นเข้าด้วยกันบนหลังคาอาคาร การใช้วัสดุป้องกันสัญญาณที่ประกอบด้วยทองแดงแบบถักและแผ่นฟอยล์อลูมิเนียมสามารถลดสัญญาณรบกวนได้ประมาณ 40 ถึง 60 เดซิเบล ซึ่งช่วยรักษาระดับอัตราสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) ที่จำเป็นต่อประสิทธิภาพการทำงานที่ดี เมื่อบริษัทต่างๆ ละเลยการติดตั้งชั้นป้องกันเหล่านี้ ปริมาณข้อมูลที่ส่งผ่านได้จะลดลงอย่างเห็นได้ชัดในพื้นที่ที่มีสัญญาณรบกวนหนัก เช่น สถานีรถไฟที่พลุกพล่าน หรือย่านธุรกิจใจกลางเมือง ที่มีสัญญาณจำนวนมากสะท้อนกันไปมาพร้อมกัน

ปัจจัยการเสื่อมสภาพทางกายภาพ: ความชื้น, การสัมผัสรังสี UV, รัศมีการโค้งงอ และแรงเครียดเชิงกล

การติดตั้ง 5G กลางแจ้ง ทำให้สายสัญญาณแบบโคแอกเชียลต้องเผชิญกับปัจจัยแวดล้อมหลายประการที่เร่งการเสื่อมสภาพและลดประสิทธิภาพการทำงาน:

• ความชื้น : ความชื้นซึมเข้าไปจะก่อให้เกิดการกัดกร่อนของตัวนำไฟฟ้า และทำให้ฉนวนไดอิเล็กทริกเสื่อมคุณภาพ ส่งผลให้การสูญเสียสัญญาณเพิ่มขึ้นได้ถึง 15% (PTS, 2023); จึงจำเป็นต้องใช้ปลอกกันน้ำและขั้วต่อที่ปิดผนึกอย่างสนิทในพื้นที่ชายฝั่งหรือพื้นที่ที่มีความชื้นสูง
• การสัมผัสรังสี UV: ปลอกพอลิเอทิลีนที่ไม่คงตัวจะกลายเป็นเปราะและแตกร้าวภายหลังได้รับแสงแดดเป็นเวลา 2-3 ปี; สารประกอบที่ทนต่อรังสี UV สามารถยืดอายุการใช้งานได้อีกประมาณ 70%
• รัศมีการโค้งงอ: การโค้งงอที่แคบเกินไปอาจทำให้แกนฉนวนไดอิเล็กทริกเปลี่ยนรูปร่าง ส่งผลให้เกิดการไม่สมดุลของความต้านทานขวางท้องถิ่นและการสะท้อนไมโคร ซึ่งมีผลกระทบอย่างรุนแรงต่อสัญญาณคลื่นความยาวมิลลิเมตร
• การสั่นสะเทือนและแรงเครียดทางกล : แรงจากลมกระทำและแรงเครียดสะสมที่ขั้วต่อซึ่งติดตั้งบนเสา ทำให้ขั้วต่อเสื่อมสภาพตามกาลเวลา; การใช้อุปกรณ์ยึดสายแบบสแตนเลสสามารถลดอัตราการชำรุดของขั้วต่อลงได้ 34% ในพื้นที่ที่มีการใช้งานหนัก

การปฏิบัติในการติดตั้งที่มีความทนทาน—รวมถึงการปฏิบัติตามรัศมีการโค้งขั้นต่ำ การใช้ท่อร้อยสายที่ได้มาตรฐานป้องกันรังสี UV และการยึดตรึงสายอย่างเหมาะสม—ไม่ใช่การปรับปรุงเพิ่มเติมที่เลือกได้ แต่เป็นข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับความน่าเชื่อถือในระยะยาวของเครือข่าย 5G ในสภาพแวดล้อมจริง