Икономически придобиви от употребата на CCA жица за високочестотни данни в кабели при изграждане на 5G мрежи

Разбиране на CCA кабелите: Състав и електрически характеристики

Какво е кабел от алуминий с медно покритие (CCA)?

CCA (мека мед) е алуминиев проводник с покритие от тънък слой мед. Това дава на производителите добро съотношение между цена и проводимост. Алуминиевото ядро значително намалява разходите за материали в сравнение с проводниците изцяло от мед, а външният меден слой осигурява защита от корозия и в същото време съвместимост с обичайните медни конектори. Виждаме все повече телекомуникационни компании да използват CCA, особено при изграждане на бюджетни 5G инсталации в краищата на мрежите. Но има и един недостатък, с който инженерите често се сблъскват на практика – поведението на CCA при високочестотни условия. Преди използването на този тип кабели в приложения, където е важна сигурността на сигнала, е необходимо провеждане на тестове и практически изпитания.

Електрически и физически свойства: CCA спрямо чисто медни проводници

Докато чистата мед осигурява 100% IACS проводимост, CCA постига около 63% поради по-високото съпротивление на алуминия. Основни разлики включват:

• Тегло : CCA е с 50–60% по-лек от чиста мед, което улеснява инсталацията при въздушно и по покривно разположение
• Термичната перформанса : По-ниската температура на топене на алуминия (660°C спрямо 1,085°C за медта) ограничава способността за продължително управление на енергията
• Издръжливост : Според изпитванията по ASTM B-566 за огъване и цикли CCA има с 25–30% по-високи скорости на умора в сравнение с чиста мед

За 5G мрежи, изискващи леки и гъвкави кабели, компромисите на CCA често съответстват на бюджетните ограничения на инфраструктурата.

Съпротивление на постоянен ток и последици за интегритета на сигнала в приложения с висока честота

CCA има с 55–60% по-високо съпротивление на постоянен ток в сравнение с чиста мед (IEC 60228), като разликата се влошава при високи честоти поради:

• Повърхностен ефект : При честоти над 1 GHz токът тече предимно в медния слой (0.006–0.008 mm дълбочина), частично компенсирайки, но не напълно елиминирайки влиянието на съпротивлението на алуминия
• Загуба при включване : Кабелите от тип CCA имат 2,1–3,5 dB/100m по-големи загуби от медта при 3 GHz (TIA-568-C.2)
• Стабилност на импеданса : Окисляването на алуминия във влажни среди може да предизвиква вариации в импеданса (±3–5Ω), което увеличава загубите при отразяване

Тези фактори изискват консервативно планиране на дължината на канала в мрежи за 5G транзит и мрежи с малки клетки, използващи CCA.

Предизвикателства при високочестотното представяне на CCA в кабели за данни за 5G

Загуба на сигнал и вложени загуби в CCA при честотите на 5G

Всъщност CCA жицата има приблизително 28% по-голямо съпротивление при постоянен ток в сравнение с чиста месингова жица, когато се измерва при стайна температура (около 20 градуса по Целзий, според стандарта TIA-568.2-D). Това съществено влияе на начина, по който сигналите се предават през кабела, особено при новите приложения за 5G, където всяка информация е от значение. Полеви тестове постоянно показват, че проблемите с вносните загуби при CCA кабели са значително по-лоши в сравнение с тези при медни кабели. При честоти около 3,5 GHz, които са от решаващо значение за производителността на мрежите в средния честотен диапазон за 5G, загубите могат да бъдат с 15 до 30 процента по-големи. Най-новите изследвания от ETSI през 2023 г. рисуват дори още по-неблагоприятна картина. Данните показват, че приблизително две трети от всички инсталации в диапазона FR1 под 6 GHz са имали проблеми при изпълняването на изискванията за сертифициране на канала, причинени от несъответствия в импеданса и досадните нарушения на върнатите загуби, които засягат много системи, използващи CCA кабели.

Дебатът за ефекта на кожата: Компенсира ли той по-ниската проводимост на CCA?

Аргументът за ефекта на кожата не изглежда убедителен, когато става въпрос за проводимостта на алуминия при високи честоти, според реални измервания. Вижте какво се случи в тези контролирани експерименти при 28 GHz честоти на милиметровите вълни, проведени от Асоциацията на безжичната инфраструктура през 2024 г. Резултатите показаха, че кабелите от комбинирана медна сплав всъщност имаха около 22 процента по-големи загуби на сигнал в сравнение с обикновените медни жици. А нещата стават още по-лоши, когато тези кабели работят под натоварване. Проблемът е в това колко по-голяма става устойчивостта на CCA, когато температурата нараства по време на интензивна употреба, поради значително по-високия термичен коефициент на устойчивост. Това означава, че повече енергия се губи като топлина точно когато имаме нужда от максимална ефективност.

Оценка на твърденията на производителите относно производителността на CCA в реални условия на използване

Независими тестове изследваха 37 различни комерсиални 5G кабела на база CCA и установиха, че едва около 14 процента все още отговарят на декларираните спецификации за загуби при включване след цяла година на открито. Според проучването на мрежовите материали от 2024 г., когато става въпрос за инсталиране на CCA в тези натоварени градски мрежи от малки клетки, всъщност са необходими почти наполовина повече усилватели на сигнала в сравнение с обичайното медно окабеляване. А това допълнително оборудване по същество изчерпва около 30% от първоначално спестените средства. Всички тези открития ясно сочат към едно нещо, което производителите трябва да направят, преди да разгръщат CCA на голям мащаб някъде сериозно: да се уверят, че при полевото тестване първо следват стандарта TIA-5022.

Предимства в цената на CCA проводник в гъста 5G инфраструктура

Икономия на материали с CCA в кабели за високочестотни данни

Алуминиево-медната сплав намалява разходите за материали с 25–35% в сравнение с чистата мед, според анализ от 2024 г. за разходи на материали в мрежите. Алуминиевото ядро представлява 60–70% от напречното сечение на проводниците, като се използват по-ниските цени на суровината алуминий, при запазване на повърхностната електропроводимост. За големи развертания на 5G това означава спестяване от 7 до 12 долара на метър в приложения с радиочестотни коаксиални кабели.

Предимства при инсталацията и теглото в малките 5G клетки и мрежите на ръба

С намалено тегло с цели 40%, CCA прави тези сложни инсталации на 5G мрежи в градски райони много по-бързи и безопасни за всички участници. Нашите полеви тестове разкриха нещо доста интересно – екипите, които извършват връзки с малки клетки, всъщност приключват около 18% повече работа на ден, когато използват кабели от CCA. Логично е, защото носенето на тежките кабелни барабани на покриви или по стълбове вече не е толкова изтощително. И, разбира се, не трябва да забравяме и антените за mmWave. По-леките материали означават, че няма нужда да усилваме толкова много конструкции по време на монтажа, което води до реални икономии. Става дума за около $240 до $580 по-малко на възел, в зависимост от местоположението и местните строителни норми.

Сравнение на разходите през жизнения цикъл: CCA спрямо чиста месингова жица при внедряване на 5G

Докато CCA осигурява икономия на първоначалния етап, дългосрочната изгода зависи от приложението:

Операторите често използват CCA в неосновни крайни възли, където циклите за подмяна от 15–20 години съответстват на мрежовите ъпгрейди. Основните връзки за fronthaul обаче обикновено използват безкислородна мед, тъй като тя предлага по-добри параметри при висока мощност и високочестотни среди.

Надеждност, издръжливост и дългосрочни компромиси при използване на CCA

Механична якост и устойчивост на умора на CCA проводниците

CCA с алуминиевия си сърцевинен проводник осигурява 30% по-ниска якост на опън в сравнение с чистата мед при тестове под натоварване, което го прави по-податливо на постоянна деформация при огъване. Това е особено важно при инсталациите на 5G малки клетки и въздушни разположения, които са подложни на люлеещ се ефект от вятъра.

Рискове от галванична корозия в улични инсталации за 5G, използващи CCA

Когато влага проникне в CCA кабелите, започва химична реакция между алуминиевото ядро и медното покритие, което с течение на времето води до галванична корозия. Повечето CCA кабели с добро защитно покритие трябва да издържат около 20 до 25 години при нормални метеорологични условия. Но лабораторни изпитвания според стандартите ASTM B117-2023 показват, че нещата се променят, когато тези кабели не са защитени от външни фактори. Незащитените версии се разграждат около 15 пъти по-бързо в сравнение с обичайните медни кабели. Това се потвърждава и от реални наблюдения. Приблизително един от всеки пет 5G елементи в градовете, използващи непокрити CCA кабели, са изисквали ремонт или подмяна след едва пет години работа.

Балансиране на икономии с надеждност на мрежата в критични 5G системи

Въпреки намаление на разходите за материали с 28–35%, повечето оператори на 5G ограничават използването на CCA в критичната инфраструктура. Преглед от 2024 г. установи, че 62% използват CCA само за незадължителни връзки, като запазват медни кабели за мрежи с ниско закъснение, които изискват 99,999% ъптайм.

Стандарти, изпитвания и съответствие за кабели тип CCA

Свързани стандарти за сертифициране: TIA, UL и тестове с Fluke за CCA

Кабелите CCA трябва да отговарят както на изискванията на UL, така и на IEC относно електрическата безопасност в Северна Америка и Европа. Освен това, съществуват и екоизисквания, като например съответствие с RoHS. Стандартът TIA-568 определено установява показатели за представяне на системи с вити двойни кабели, но честно казано, не засяга напълно проблемите, които възникват с материали CCA при високите честоти на милиметровите вълни, с които се сблъскваме днес. Лаборатории като TüV Rheinland извършват тестове като загуби при вмъкване и проверка на сигнала, но нека си признаем, повечето от тези изпитвания всъщност не съответстват на реалните условия в 5G мрежите, където сигналите се държат напълно различно в сравнение с лабораторните условия.

Съществуващите стандарти достатъчно ли отразяват представянето на CCA при високи честоти?

Повечето сертификационни рамки акцентират върху механичната издръжливост повече от високочестотното поведение, създавайки слепи зони в представянето. Стандартите като IEC 61156-5 допускат по-високи прагове на вложени загуби, които компенсират вродените слабости на CCA, което позволява съответствие без да се гарантира надеждност над 24 GHz – където дефицитът на проводимост на алуминия значително влияе на качеството на сигнала.

Парадоксът на съответствието: Защо CCA остава популярен въпреки несъответствието на стандартите

CCA продължава да бъде популярен, защото отговаря на основните стандарти за сертифициране и намалява разходите с между 25% и 40%. Различните региони имат различни регулации, което прави възможно използването на CCA на места, където теглото е от голямо значение, например при прокарване на влакнени кабели по въздух. По-леките материали помагат да се компенсират някои от електрическите недостатъци. За много развиващи се региони, където няма строги изисквания за високочестотна производителност, цената е най-важната стока. Това е поддържало CCA жизнеспособен в онези части от 5G мрежите, които не се нуждаят от висок клас производителност, но все пак имат нужда от нещо надеждно и бюджетно.

ЧЗВ

Защо се използва CCA проводник в 5G мрежи?

CCA проводникът е икономичен и лек, което го прави подходящ за инсталации на 5G мрежи в градски среди, където бюджетът и лесната инсталация са критични фактори. Въпреки това, има недостатъци в проводимостта и потенциални проблеми с производителността при високи честоти.

Какви са основните предизвикателства с проводника от медно-алуминиев сплав (CCA)?

Основните предизвикателства включват по-високо съпротивление при постоянен ток, загуба на сигнал и склонност към галванична корозия, особено във влажни среди. CCA също има по-ниска якост на опън, което го прави по-малко издръжлив при надземни инсталации.

Как се сравнява CCA с чистата медь за приложения с висока честота?

CCA има по-голямо съпротивление и загуба на сигнал в сравнение с чистата медь, особено при високите честоти, необходими за приложения 5G. Това може да доведе до увеличени вносни загуби и несъответствия в импеданса, което изисква внимателно планиране на дължината на канала.

Съответства ли проводникът от CCA на стандартите в индустрията?

Въпреки че проводникът от CCA отговаря на много сертификационни стандарти, включително UL и IEC, тези стандарти често се фокусират повече върху механичните свойства, отколкото върху представянето при високи честоти, което оставя пропуски в представянето при определени приложения.