EN
Các cơ chế tổn hao phụ thuộc tần số trong hiệu suất cáp đồng trục 5G
Hiệu ứng bề mặt và tổn hao điện môi ở dải tần dưới 6 GHz và dải mmWave
Khi làm việc ở tần số cao hơn, cáp đồng trục không thể hoạt động hiệu quả do đặc tính tự nhiên của vật liệu. Hiệu ứng bề mặt đẩy các dòng RF ra phía ngoài của dây dẫn, khiến chúng hoạt động như thể có điện trở cao hơn. Đồng trở nên kém đi nhanh chóng khi tần số tăng lên, giảm khoảng 40% độ dẫn điện khi tần số tăng từ 3,5 GHz lên tới 28 GHz. Đồng thời, các vật liệu bên trong cáp bắt đầu hấp thụ nhiều năng lượng hơn. Polyethylene xốp bị tổn hao khoảng 0,5 dB mỗi mét ở tần số 6 GHz, nhưng chuyển sang fluorinated ethylene propylene sẽ giảm tổn hao này khoảng 30% trong dải sóng milimét khó xử lý do chất liệu này ít lãng phí năng lượng hơn. Tất cả những tổn hao kết hợp này thực sự ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu trong các hệ thống MIMO lớn, đặc biệt làm giảm độ chính xác của định hướng chùm tia trên 24 GHz – nơi mà gần như không còn dung sai nào để mắc lỗi. Các kỹ sư thiết kế hệ thống thường thấy mình phải vật lộn với biên an toàn ngày càng thu hẹp khi tần số tiếp tục tăng cao.
Các Lựa Chọn Về Cấu Tạo Cáp Đồng Trục Quyết Định Độ Nguyên Vẹn Tín Hiệu 5G
Độ Tinh Khiết Của Dây Dẫn, So Sánh Điện Môi Foam PE và FEP, Cùng Các Điểm Đánh Đổi Về Kiến Trúc Bọc Chắn
Hiệu suất của cáp đồng trục trong các hệ thống 5G thực sự phụ thuộc vào ba yếu tố chính về cấu tạo. Hãy bắt đầu với vật liệu dây dẫn. Đồng không oxy (OFC) được ưu tiên vì nó giảm thiểu tổn thất do điện trở. Điều này rất quan trọng ở tần số sóng milimét, vì hiệu ứng bề mặt đẩy dòng điện vào một lớp mỏng gần bề mặt. Tiếp theo là lựa chọn vật liệu cách điện. Có những điểm đánh đổi ở đây. Polyethylene xốp hoạt động tốt ở tần số dưới 6 GHz với tổn hao tín hiệu thấp hơn, nhưng khi tăng lên tần số 28 GHz, fluorinated ethylene propylene (FEP) trở nên tốt hơn mặc dù chi phí cao hơn khoảng 30% theo tạp chí RF Component Journal năm ngoái. Yếu tố thứ ba là lớp chắn. Các thiết kế nhiều lớp như kết hợp lá chắn - bện - lá chắn thường đạt độ che phủ trên 95%, điều này tạo ra sự khác biệt lớn trước nhiễu điện từ trong các lắp đặt dày đặc. Các thử nghiệm trong điều kiện thực tế cho thấy cáp sử dụng FEP thay vì PE chịu tổn hại tín hiệu ít hơn khoảng 15% ở tần số 24 GHz.
độ ổn định trở kháng 50 μ và vai trò của nó trong việc giảm thiểu phản xạ tại trạm gốc 5G
Việc duy trì trở kháng 50 ohm trong phạm vi chặt chẽ ±0.5 ohm là rất quan trọng để giảm thiểu hiện tượng phản xạ tín hiệu trong các kết nối trạm gốc 5G. Những vấn đề nhỏ cũng có ý nghĩa ở đây. Khi kích thước dây dẫn không đồng đều hoặc có khoảng trống trong vật liệu điện môi, điều này sẽ làm tăng tỷ số sóng đứng điện áp hay còn gọi là VSWR. Và vấn đề này trở nên nghiêm trọng hơn khi tín hiệu truyền qua tất cả các đường cấp điện cho anten trong một mảng. Hãy xem điều gì xảy ra khi VSWR đạt mức 1.5:1 ở tần số khoảng 3,5 GHz. Theo một số báo cáo ngành công nghiệp từ năm ngoái, sự sai lệch đơn giản này thực tế có thể làm giảm công suất bức xạ hiệu dụng khoảng 20%. Con số này là đáng kể. Các phương pháp sản xuất tốt giúp duy trì mức trở kháng ổn định ngay cả khi cáp dài hơn hoặc nhiệt độ thay đổi. Điều này dẫn đến tổn hao phản xạ dưới -20 dB, tạo nên sự khác biệt lớn về chất lượng tín hiệu và căn chỉnh chùm tia trong các cấu hình MIMO quy mô lớn mà các mạng hiện đại ngày nay phụ thuộc rất nhiều.
Những thách thức về môi trường và lắp đặt đối với độ tin cậy của cáp đồng trục trong các mạng 5G thực tế
Khả năng chống EMI: Hiệu quả của lớp chắn trong môi trường 5G đô thị dày đặc
Cáp đồng trục thực sự gặp khó khăn với nhiễu điện từ trong các khu vực thành phố đông đúc, nơi các ăng-ten 5G nằm sát cạnh các đường dây điện và nhiều loại máy móc công nghiệp. Các trường tần số vô tuyến cứ chồng lấn lên nhau khắp nơi, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng tín hiệu, đặc biệt là trên các cột tiện ích chia sẻ hoặc khi nhiều cáp được nhóm lại gần nhau trên mái nhà. Lớp chắn kết hợp giữa đồng dạng lưới dệt và lá nhôm có thể giảm bớt hiện tượng nhiễu này khoảng 40 đến 60 decibel, giúp duy trì tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cần thiết cho hiệu suất hoạt động tốt. Khi các công ty bỏ qua các lớp chắn này, sự sụt giảm tốc độ truyền dữ liệu trở nên rõ rệt ở những nơi có mức độ nhiễu cao như các ga xe lửa đông đúc hoặc khu trung tâm thương mại nơi hàng chục tín hiệu cùng lúc phản xạ lẫn nhau.
Các Yếu Tố Gây Hư Hỏng Vật Lý: Độ Ẩm, Tia UV, Bán Kính Uốn và Ứng Suất Cơ Học
Các lắp đặt 5G ngoài trời khiến cáp đồng trục phải chịu nhiều tác động môi trường khác nhau làm tăng tốc độ lão hóa và suy giảm hiệu suất:
- Độ ẩm : Sự xâm nhập hơi ẩm gây ăn mòn dây dẫn và làm suy giảm cách điện dielectric, làm tăng suy hao lên đến 15% (PTS, 2023); lớp vỏ bảo vệ chống thời tiết và các đầu nối kín hoàn toàn là yêu cầu bắt buộc ở các khu vực ven biển hoặc độ ẩm cao.
- Tia UV: Vỏ bọc polyethylene không ổn định sẽ trở nên giòn và nứt sau 2-3 năm tiếp xúc ánh sáng mặt trời; các hợp chất ổn định với tia UV có thể kéo dài tuổi thọ thêm khoảng 70%.
- Bán kính uốn: Việc uốn cong quá mức có thể làm biến dạng lõi dielectric, dẫn đến hiện tượng sai lệch trở kháng cục bộ và phản xạ vi mô, đặc biệt gây hại cho tín hiệu sóng milimét.
- Rung động và Ứng suất Cơ học : Tải trọng gió và hiện tượng mỏi cơ học ở các đầu nối gắn trên cột theo thời gian; các bộ phận giảm tải bằng thép không gỉ giúp giảm 34% tỷ lệ hỏng đầu nối tại các khu vực đông đúc.
Các phương pháp lắp đặt chắc chắn—bao gồm tuân thủ bán kính uốn tối thiểu, sử dụng ống luồn cáp đạt tiêu chuẩn chống tia cực tím và bố trí thiết bị giảm tải phù hợp—không phải là các cải tiến tùy chọn mà là những yêu cầu nền tảng để đảm bảo độ tin cậy lâu dài trong các mạng 5G thực tế.
