Avantages économiques du fil CCA pour les câbles de données à haute fréquence dans le déploiement de la 5G

Compréhension du câble CCA : composition et caractéristiques électriques

Qu'est-ce qu'un câble en aluminium plaqué cuivre (CCA) ?

Le câble en aluminium plaqué cuivre (CCA) possède un cœur en aluminium recouvert d’un mince revêtement de cuivre, offrant ainsi aux fabricants un bon équilibre entre abordabilité et conductivité correcte. L'aluminium utilisé à l'intérieur réduit considérablement les coûts matériels par rapport aux solutions entièrement en cuivre, tandis que la couche extérieure en cuivre protège contre la rouille et reste compatible avec les connecteurs en cuivre habituellement utilisés dans la plupart des systèmes. De plus en plus d'entreprises de télécommunications optent aujourd'hui pour le CCA, notamment pour les déploiements économiques de réseaux 5G en périphérie du réseau. Toutefois, un inconvénient existe : nombreux sont les ingénieurs à découvrir à leurs dépens les limites de performance du CCA en conditions de haute fréquence. Des tests et essais pratiques s’imposent donc avant d’utiliser ce type de câblage dans des environnements où l’intégrité du signal est primordiale.

Propriétés électriques et physiques : CCA contre conducteurs en cuivre pur

Bien que le cuivre pur offre une conductivité de 100 % IACS, le CCA atteint environ 63 % en raison de la résistivité plus élevée de l'aluminium. Les différences principales sont les suivantes :

• Poids : Le CCA est 50 à 60 % plus léger que le cuivre pur, ce qui facilite l'installation dans les déploiements aériens et sur les toits
• Performance thermique : Le point de fusion plus bas de l'aluminium (660 °C contre 1 085 °C pour le cuivre) limite la capacité de gestion de puissance prolongée
• Durabilité : Selon les essais de flexion ASTM B-566, le CCA présente un taux de fatigue 25 à 30 % plus élevé que celui du cuivre pur

Pour les réseaux 5G nécessitant des câbles légers et flexibles, les compromis du CCA s'adaptent souvent aux contraintes budgétaires des infrastructures.

Résistance continue et intégrité du signal dans les applications haute fréquence

Le CCA possède une résistance continue 55 à 60 % plus élevée que celle du cuivre pur (IEC 60228), un écart qui s'accentue aux fréquences élevées en raison des facteurs suivants :

• Effet de peau : Aux fréquences supérieures à 1 GHz, le courant circule principalement dans la couche de cuivre (profondeur de 0,006 à 0,008 mm), atténuant partiellement, mais sans éliminer complètement, l'impact de la résistivité de l'aluminium
• Perte d'insertion : Les câbles CCA présentent une atténuation supérieure de 2,1 à 3,5 dB/100m par rapport au cuivre à 3 GHz (TIA-568-C.2)
• Stabilité de l'impédance : L'oxydation de l'aluminium dans des environnements humides peut provoquer des variations d'impédance (±3 à 5Ω), augmentant ainsi les pertes d'écho

Ces facteurs nécessitent une planification prudente des longueurs de canaux dans les réseaux de backhaul 5G et les réseaux à petites cellules utilisant du CCA.

Défis liés aux performances haute fréquence du CCA dans les câbles de données 5G

Pertes de signal et perte d'insertion dans le CCA aux fréquences 5G

Le câble CCA présente en réalité environ 28 % de résistance CC supplémentaire par rapport au cuivre pur lorsqu'il est mesuré à température ambiante (environ 20 degrés Celsius selon les normes TIA-568.2-D). Cela a une incidence réelle sur la manière dont les signaux se propagent à travers le câble, ce qui est particulièrement important pour les applications 5G récentes où chaque bit compte. Des tests sur le terrain ont montré de manière constante que les problèmes de perte d'insertion avec les câbles CCA étaient nettement plus graves que ceux observés avec les alternatives en cuivre. À des fréquences d'environ 3,5 GHz, qui sont essentielles pour les performances 5G en bande médiane, ces pertes peuvent être supérieures de 15 à 30 pour cent. Les dernières recherches de l'ETSI en 2023 dépeignent une situation encore plus critique. Leurs résultats indiquent que près des deux tiers de toutes les installations FR1 inférieures à 6 GHz ont rencontré des difficultés à satisfaire aux exigences de certification des canaux en raison de problèmes liés aux désadaptations d'impédance et aux violations de perte de retour gênantes qui affectent de nombreux systèmes basés sur du CCA.

Le débat sur l'effet de peau : Compense-t-il la conductivité inférieure du CCA ?

L'argument de l'effet de peau ne tient pas vraiment la route lorsqu'il s'agit des problèmes de conductivité de l'aluminium à hautes fréquences, selon des tests grandeur nature. Regardez ce qui s'est produit lors de ces expériences contrôlées menées à des fréquences mmWave de 28 GHz par l'Association des Infrastructures Sans Fil en 2024. Leurs résultats ont montré que les câbles en alliage de cuivre composites présentaient environ 22 % de pertes de signal supplémentaires comparés aux câbles en cuivre classiques. Et la situation empire encore lorsque ces câbles sont sollicités intensivement. Le problème réside dans l'augmentation significative de la résistance du CCA lorsque la température monte pendant les périodes d'utilisation intense, en raison de son coefficient thermique de résistance nettement plus élevé. Cela signifie que davantage d'énergie est perdue sous forme de chaleur au moment précis où l'on a besoin d'une efficacité maximale.

Évaluation des affirmations des fabricants sur les performances du CCA dans des déploiements réels

Des tests indépendants ont porté sur 37 câbles 5G commerciaux différents basés sur le CCA et ont révélé que seulement environ 14 % d'entre eux respectaient encore leurs spécifications de perte d'insertion annoncées après avoir été exposés à l'extérieur pendant un an entier. Selon l'étude de 2024 sur les matériaux réseau, lorsqu'il s'agit d'installer du CCA dans les réseaux de petits sites urbains densément peuplés, il fallait en réalité presque 50 % de répéteurs supplémentaires par rapport à l'utilisation de câbles en cuivre classiques. Et ce matériel supplémentaire annulait pratiquement à l'avance environ 30 % des économies réalisées. L'ensemble de ces résultats indique clairement une chose que les fabricants devraient faire avant de déployer massivement du CCA quelque part de sérieux : s'assurer qu'ils suivent les normes TIA-5022 lors des tests sur le terrain.

Avantages Coûts du Fil CCA dans une Infrastructure 5G Densifiée

Économies sur les Coûts des Matériaux avec le CCA dans les Câbles de Données Haute Fréquence

Le cuivre plaqué aluminium réduit les coûts de matière de 25 à 35 % par rapport au cuivre pur, selon une Analyse des Coûts des Matériaux Réseau de 2024. Le noyau en aluminium représente 60 à 70 % de la section des conducteurs, tirant parti des prix plus bas de la matière première en aluminium tout en maintenant une bonne conductivité de surface. Pour des déploiements massifs de réseaux 5G, cela représente une économie de 7 à 12 dollars par mètre dans les applications coaxiales RF.

Avantages d'installation et de poids dans les réseaux Small Cell et Edge 5G

Grâce à une réduction impressionnante de 40 % en poids, le CCA rend ces installations difficiles des réseaux 5G dans les environnements urbains bien plus rapides et sûres pour tous les intervenants. Nos tests sur le terrain ont également révélé quelque chose d'intéressant : les équipes gérant les connexions small cell terminent en moyenne environ 18 % de travail en plus chaque jour lorsqu'elles utilisent des câbles CCA. Cela se comprend facilement, puisque hisser ces lourds rouleaux de câbles sur les toits ou les poteaux électriques n'est plus aussi fatigant. Et ne parlons pas non plus des antennes mmWave. Grâce à des matériaux plus légers, il n'est plus nécessaire de renforcer autant les structures durant l'installation, ce qui permet d'économiser réellement de l'argent. L'économie réalisée est estimée entre 240 et 580 dollars par nœud installé, selon les spécificités du lieu et les réglementations locales.

Comparaison des coûts sur le cycle de vie : CCA contre cuivre pur dans les déploiements 5G

Bien que le CCA présente des économies initiales, l'équilibre économique à long terme varie selon l'application :

Les opérateurs déploient souvent du CCA (Copper Clad Aluminum) dans des nœuds périphériques non critiques, où des cycles de remplacement de 15 à 20 ans correspondent aux mises à niveau du réseau. Les liaisons fronthaul principales utilisent cependant généralement du cuivre sans oxygène en raison de ses performances supérieures dans les environnements à haute puissance et haute fréquence.

Fiabilité, durabilité et compromis à long terme liés à l'utilisation du CCA

Résistance mécanique et à la fatigue des conducteurs en CCA

Le cœur en aluminium du CCA offre une résistance à la traction inférieure de 30 % par rapport au cuivre pur lors des tests de contrainte, le rendant plus sujet à une déformation permanente lors du pliage. Cela est particulièrement pertinent dans les installations 5G de petites cellules et les déploiements aériens soumis aux oscillations induites par le vent.

Risques de corrosion galvanique dans les installations 5G extérieures utilisant du CCA

Lorsque l'humidité pénètre dans les câbles CCA, elle déclenche une réaction chimique entre le cœur en aluminium et le revêtement en cuivre, entraînant une corrosion galvanique progressive. La plupart des câbles CCA dotés d'une bonne gaine protectrice devraient résister environ 20 à 25 ans dans des conditions météorologiques normales. Toutefois, des tests en laboratoire conformément à la norme ASTM B117-2023 montrent qu'une situation différente se produit lorsque ces câbles ne sont pas protégés contre les intempéries. Les versions non protégées se dégradent environ 15 fois plus rapidement que le câblage cuivre standard. Des observations réelles le confirment également. Environ un site 5G urbain sur cinq utilisant des câbles CCA sans gaine a dû faire l'objet de réparations ou de remplacements après seulement cinq ans d'exploitation.

Équilibrer les économies de coûts et la fiabilité du réseau dans les systèmes 5G critiques

Malgré une réduction des coûts de matériaux de 28 à 35 %, la plupart des opérateurs 5G limitent l'utilisation du CCA dans les infrastructures critiques. Une enquête de 2024 a révélé que 62 % des opérateurs réservent le CCA pour les liaisons non essentielles, préférant conserver le cuivre pour les réseaux de backhaul sensibles à la latence et nécessitant une disponibilité de 99,999 %.

Normes, Essais et Conformité de l'Industrie pour les Câbles CCA

Normes de Certification Applicables : TIA, UL et Tests Fluke pour le CCA

Les câbles CCA doivent répondre aux exigences de la norme UL et à celles de la CEI en matière de sécurité électrique en Amérique du Nord et en Europe. Sans oublier les réglementations environnementales, telles que la conformité RoHS. La norme TIA-568 définit certainement des objectifs de performance pour les systèmes de câblage à paires torsadées, mais honnêtement, elle ne prend pas vraiment en compte tous les problèmes liés aux matériaux CCA à ces hautes fréquences millimétriques que nous utilisons aujourd'hui. Des laboratoires comme TüV Rheinland testent des paramètres tels que les pertes d'insertion et vérifient l'intégrité des signaux, mais soyons honnêtes, la plupart de ces tests ne reflètent pas vraiment ce qui se produit dans les environnements 5G réels, où les signaux se comportent très différemment des conditions de laboratoire.

Les normes actuelles prennent-elles suffisamment en compte les performances des CCA à haute fréquence ?

La plupart des référentiels de certification mettent l'accent sur la résistance mécanique plutôt que sur le comportement aux fréquences élevées, créant ainsi des lacunes en matière de performance. Des normes telles que l'IEC 61156-5 autorisent des seuils d'affaiblissement plus élevés, qui prennent en compte les faiblesses intrinsèques du CCA, permettant ainsi la conformité sans garantir la fiabilité au-delà de 24 GHz – là où les déficits de conductivité de l'aluminium affectent considérablement la qualité du signal.

Le paradoxe de la conformité : pourquoi le CCA reste-t-il populaire malgré son inadéquation avec les normes

Le CCA reste populaire car il répond aux normes de certification de base et permet de réduire les coûts de 25 à 40 %. Les réglementations varient selon les régions, ce qui rend possible l'utilisation du CCA dans des endroits où le poids est un facteur déterminant, comme lors du déploiement de câbles à fibres optiques en aérien. Les matériaux plus légers permettent de compenser certains inconvénients électriques. Dans de nombreuses zones en développement où les exigences en matière de performances hautes fréquences ne sont pas strictes, le prix est un critère essentiel. Cela explique pourquoi le CCA se maintient fortement dans les parties des réseaux 5G où les performances élevées ne sont pas nécessaires, mais où l'on recherche tout de même une solution fiable et économique.

FAQ

Pourquoi utilise-t-on des câbles CCA dans les réseaux 5G ?

Le câble CCA est économique et léger, ce qui le rend adapté aux installations de réseaux 5G en environnements urbains, où le budget et la facilité d'installation sont des facteurs critiques. Toutefois, cela entraîne des compromis en termes de conductivité et d'éventuels problèmes de performance aux fréquences élevées.

Quels sont les principaux défis associés au câble CCA ?

Les principaux défis incluent une résistance CC plus élevée, des pertes de signal et une plus grande vulnérabilité à la corrosion galvanique, en particulier dans les environnements humides. Le CCA possède également une résistance à la traction inférieure, ce qui le rend moins durable dans les installations aériennes.

Comment le CCA se compare-t-il au cuivre pur pour les applications haute fréquence ?

Le CCA présente une résistance et des pertes de signal plus importantes par rapport au cuivre pur, en particulier aux fréquences élevées nécessaires aux applications 5G. Cela peut entraîner des pertes d'insertion accrues et des désadaptations d'impédance, nécessitant une planification soigneuse de la longueur des canaux.

Le câble CCA est-il conforme aux normes du secteur ?

Bien que le câble CCA satisfasse à de nombreuses normes de certification telles que UL et IEC, ces normes se concentrent souvent davantage sur les propriétés mécaniques que sur les performances aux hautes fréquences, laissant ainsi des lacunes en termes de performance dans certaines applications.