EN
Механізми втрат, залежні від частоти, у роботі коаксіального кабелю 5G
Ефект поверхневого проводу та діелектричні втрати в діапазонах Sub-6 ГГц та mmWave
При роботі на вищих частотах коаксіальні кабелі просто не можуть показувати таку саму продуктивність через закони природи. Ефект поверхневого натягу штовхає ВЧ-струми до зовнішніх частин провідників, через що вони починають поводитися так, ніби мають більший опір. Мідь швидко погіршується з ростом частот, втрачаючи близько 40% електропровідності при переході від 3,5 ГГц аж до 28 ГГц. У той же час матеріали всередині кабелю починають сильніше поглинати енергію. Пінополіетилен втрачає близько 0,5 дБ на метр на частоті 6 ГГц, але перехід на фторований етиленпропілен зменшує ці втрати приблизно на 30% у важких міліметрових діапазонах, оскільки витрачає менше енергії. Усі ці сумарні втрати серйозно погіршують якість сигналу в великих системах MIMO, особливо погіршуючи точність формування променя понад 24 ГГц, де практично не залишається місця для помилок. Конструктори систем часто опиняються у становищі, коли запаси надійності скорочуються в міру зростання частот.
Варіанти конструкції коаксіального кабелю, що визначають цілісність сигналу 5G
Чистота провідника, порівняння діелектриків пінізополіетилену та FEP і компроміси у конструкції екранування
Продуктивність коаксіальних кабелів у системах 5G залежить від трьох основних факторів конструкції. Почнемо з матеріалу провідника. Безкиснева мідь (OFC) є найкращим варіантом, оскільки зменшує резистивні втрати. Це особливо важливо на частотах міліметрових хвиль, адже ефект поверхневого шару змушує струм проходити лише тонким шаром біля поверхні. Далі йде вибір діелектричного матеріалу. Тут існують компроміси. Пінополіетилен добре працює на частотах нижче 6 ГГц із меншими втратами сигналу, але при зростанні до 28 ГГц кращим стає фторований етиленпропілен (FEP), незважаючи на те, що він коштує приблизно на 30% дорожче, згідно з журналом RF Component Journal минулого року. Третій елемент — екранування. Багаторівневі конструкції, такі як комбінація фольга-оплётка-фольга, зазвичай забезпечують покриття понад 95%, що суттєво зменшує електромагнітні перешкоди в умовах щільних прокладань. Випробування в реальних умовах показали, що кабелі з FEP замість PE мають приблизно на 15% менше погіршення сигналу на частоті 24 ГГц.
узгодженість опору 50 мкОм та її роль у мінімізації відбиття базової станції 5G
Підтримання імпедансу 50 Ом у вузькому діапазоні ±0,5 Ом має велике значення для зменшення відбиття сигналу в підключеннях базових станцій 5G. Тут важливі навіть незначні деталі. Якщо розмір провідника не є постійним або існують розриви в діелектричному матеріалі, це збільшує такий показник, як коефіцієнт стоячої хвилі напруги (КСХН). І ця проблема посилюється, коли сигнали проходять через усі фідери антен у масиві. Розгляньте, що відбувається, коли КСХН досягає 1,5:1 на частотах близько 3,5 ГГц. Згідно з деякими галузевими звітами минулого року, таке просте невідповідність може знизити ефективну випромінювану потужність приблизно на 20%. Це суттєво. Якісні виробничі практики допомагають підтримувати стабільний рівень імпедансу, навіть коли кабелі стають довшими або змінюються температурні умови. Це забезпечує повернення втрат нижче -20 дБ, що значно впливає на якість сигналу та вирівнювання променя в масивних системах MIMO, на які так сильно покладаються сучасні мережі сьогодні.
Екологічні та інсталяційні виклики щодо надійності коаксіальних кабелів у реальних мережах 5G
Стійкість до ЕМІ: ефективність екранування в густонаселених міських середовищах 5G
Коаксіальні кабелі справді погано справляються з електромагнітними перешкодами в перевантажених міських районах, де антени 5G розташовані поруч із лініями електропередач та різноманітним промисловим обладнанням. Радіочастотні поля постійно накладаються одне на одне, що особливо погіршує якість сигналу на загальних опорах електромереж або коли кілька кабелів згруповані разом на дахах будівель. Екранування, виготовлене з оплетеного мідного дроту та алюмінієвої фольги, може зменшити ці перешкоди приблизно на 40–60 децибелів, що допомагає зберегти важливі співвідношення сигнал/шум, необхідні для якісної роботи. Коли компанії відмовляються від такого екранування, падіння швидкості передачі даних стає помітним у місцях із сильними перешкодами, наприклад, на завантажених залізничних станціях чи в ділових центрах міст, де одночасно працює десятки сигналів.
Фактори фізичного старіння: вологість, УФ-вплив, радіус вигину та механічні напруження
Зовнішні установки 5G піддають коаксіальні кабелі багатьом експлуатаційним навантаженням, що прискорюють старіння й погіршують продуктивність:
- Вологість : Проникнення вологи спричиняє корозію провідників і погіршення діелектричної ізоляції, збільшуючи загасання до 15% (PTS, 2023); застосування вологостійкої оболонки та герметично запечатаних з’єднувачів є обов’язковим у прибережних або високовологих районах.
- УФ-вплив: Нестабільні поліетиленові оболонки стають крихкими та тріскаються після 2–3 років впливу сонячного світла; використання УФ-стійких матеріалів може подовжити термін їхньої служби приблизно на 70%.
- Радіус вигину: Різкий вигин може призвести до деформації діелектричного шару, що спричиняє локальне невідповідність опору та мікрорефлексію, особливо руйнівну для сигналів міліметрового діапазону.
- Вібрація та механічні напруження : Вітрове навантаження та втома з’єднувачів на щоглах через постійні механічні напруження з часом; застосування наконечників із нержавіючої сталі зменшує частоту виходу з ладу з’єднувачів на 34% у районах із інтенсивним рухом.
Надійні методи встановлення — зокрема дотримання мінімальних радіусів вигину, використання каналізаційних трубок з ізоляцією від УФ-випромінювання та належного захисту від навантажень — не є факультативними покращеннями, а є базовими вимогами для забезпечення довгострокової надійності реальних мереж 5G.
