Поволни жици од CCA за кабли со висока фреквенција во 5G мрежите

Разбирање на CCA жицата: состав и електрични карактеристики

Што е жица од алуминиум обложен со бакар (CCA)?

Жицата со алуминиумско јадро и покривка од бакар (CCA) има алуминиумско јадро опкружено со тенка покривка од бакар, што им нуди на производителите добар баланс помеѓу достапност и прилична електрична проводливост. Алуминиумот во внатрешноста значително ги намалува трошоците за материјал во споредба со проводниците направени целосно од бакар, додека пак надворешниот слој од бакар ја зголемува отпорноста на корозија и овозможува лесна поврзаност со стандардните бакарни конектори кои се веќе во употреба. Во последно време, забележуваме зголемена употреба на CCA кај телекомуникациските компании, особено кај икономичните инсталации за 5G на работ на мрежата. Но, постои и недостаток за кој инженерите често на тежок начин дознаваат – однесувањето на CCA под висок фреквенциски услови. Пред употреба на овој тип на кабли, особено каде што е критично да се зачува интегритетот на сигналот, неопходни се тестови и полеви испитувања.

Електрични и физички карактеристики: CCA спроти чисти бакарни проводници

Додека чистиот бакар остварува 100% IACS проводливост, CCA постигнува околу 63% поради поголемата отпорност на алуминиумот. Клучни разлики вклучуваат:

• Тежина : CCA е 50–60% полесен од чист бакар, што ја поедноставува инсталацијата кај воздушни и кровни поставувања
• Термична ефикасност : Пониската точка на топење на алуминиумот (660°C во однос на 1.085°C кај бакарот) ја ограничува продолжената способност за управување со енергија
• Трајност : Тестирањето на циклуси на превиткување според ASTM B-566 покажува дека CCA има 25–30% повисоки стапки на замор од чистиот бакар

За 5G мрежи што бараат лесни и флексибилни кабли, компромисите на CCA често се согласуваат со буџетските ограничувања на инфраструктурата.

Влијание на јачината на струјата и интегритетот на сигналот во примени со висока фреквенција

CCA има 55–60% повисока јачина на струјата од чистиот бакар (IEC 60228), што јазот се зголемува на високи фреквенции поради:

• Скин ефект : На фреквенции над 1 GHz, струјата тече главно низ слојот од бакар (0,006–0,008 mm длабочина), делумно го намалува, но не го елиминира влијанието на отпорноста на алуминиумот
• Вметнување на губиток : Каблите од CCA имаат 2,1–3,5 dB/100m поголемо слабеење од бакарот на 3 GHz (TIA-568-C.2)
• Стабилност на импеданса : Оксидацијата на алуминиумот во влажни услови може да предизвика варијации на импедансата (±3–5Ω), зголемувајќи ја рефлексијата

Овие фактори бараат конзervативно планирање на должината на каналот во 5G мрежите и малите ќелија користејќи CCA.

Предизвици при работа на високи честоти кај CCA во каблите за 5G податоци

Губиток на сигнал и вметнување на губиток кај CCA на 5G честоти

CCA жицата всушност има околу 28% повеќе DC отпорност во споредба со чиста бакарна жица кога се мери на собна температура (околу 20 степени Целзиусови според TIA-568.2-D стандардите). Тоа прави значајна разлика во тоа како сигналите се пренесуваат низ кабелот, особено важно за поновите 5G апликации каде што секој бит е важен. Теренските тестирања постојано покажаа дека проблемите со губиток при вметнување кај CCA кабелите се значително позле од оние што ги имаат бакарните алтернативи. На фреквенции од околу 3,5 GHz кои се толку важни за перформансите на средната 5G лента, овие загуби можат да бидат од 15 до 30 проценти поголеми. Најновите истражувања од ETSI во 2023 година покажуваат уште пострашна слика. Нивните наоди покажаа дека грубо речено две третини од сите FR1 инсталации под 6 GHz имале проблем да ги поминат заштедните барања поради проблеми поврзани со несоодветства во импедансата и оние досадни нарушувања од губитокот на рефлексија кои ги мачат многу системи засновани на CCA.

Дебатата за ефектот на кожата: Дали го надоместува понискиот проводник на CCA?

Аргументот за ефектот на кожата не стои особено јач при чинењето на алуминиумот во поглед на неговите проблеми со проводливост при високи фреквенции, според реалните тестирања. Погледнете што се случи во овие контролирани експерименти при 28 GHz mmWave фреквенции од страна на Wireless Infrastructure Association уште во 2024 година. Нивните резултати покажаа дека каблите од композитен бакарен легур всушност имаа околу 22 отсто погуба на сигнал во споредба со обичните бакарни жици. А работите се влошуват уште повеќе кога овие кабли работат интензивно. Проблемот е во тоа колку повеќе отпорноста на CCA се зголемува со температурата за време на периодите на интензивна употреба, поради неговиот значително повисок топлински коефициент на отпорност. Тоа значи дека повеќе енергија се губи во топлина точно кога нам ни е потребна максимална ефикасност.

Оценување на тврдењата на производителите за перформансите на CCA во реални услови

Независни тестови ги испитале 37 различни комерцијални 5G кабли базирани на CCA и откриле дека само околу 14 отсто од нив сè уште ги исполнувале нивните спецификации за губиток на вметнување по целата година надворешно време. Според студијата за мрежни материјали од 2024 година, кога станува збор за инсталирање на CCA во оние густи градски мрежи со мали ќелии, всушност им беа потребни скоро уште половина повеќе уреди за појачување на сигналот во споредба со редовниот бакарен кабел. А ова дополнително опрема буквално го избришало околу 30 отсто од кои било пари што првично беа заштедени. Сите овие наоди јасно покажуваат кон една работа која производителите треба да ја направат пред да започнат масовна примена на CCA навсякаде каде што е сериозно: да се утврди дали тие ги следат стандардите TIA-5022 за тестирање на терен прво.

Предности во цената на CCA жицата во густа 5G инфраструктура

Заштеда на материјал со CCA во кабли за пренос на висок фреквенциски сигнал

Алуминиум покрен со бакар ги намалува материјалните трошоци за 25–35% во споредба со чист бакар, според Анализа на трошоци на мрежни материјали од 2024 година. Алуминиумското јадро чини 60–70% од попречниот пресек на проводниците, искористувајќи ги пониските цени на алуминиум како сировина, додека се одржува површинската проводливост. За големи развивачки 5G мрежи, ова преведува во заштеда од 7–12 долари по метар во РF коаксијални примени.

Предности при инсталацијата и намалување на тежината во 5G мали ќелии и работни мрежи

Со неговното впечатливо намалување на тежината од 40%, CCA ги прави оние сложени инсталации на 5G мрежата во градските средини многу поубави и посигурни за сите вклучени. Наши тестови во поле открија нешто доста интересно и тоа – тимовите кои управуваат со врските на мали ќелии всушност завршуваат околу 18% повеќе работа секој ден кога работат со CCA кабли. Направува смисла всушност, бидејќи подигањето на тешките кабли на покривите или на стубовите не е толку напорно како порано. И не смее да се заборават ни антените mmWave. Поради полесните материјали не мора да ја јачаме толку структурата при инсталацијата, што се преведува во реални заштеди на пари. Зборуваме некаде помеѓу $240 и $580 помалку по јазол инсталиран, во зависност од локацијата и локалните градежни прописи.

Споредба на трошоци за животен циклус: CCA спроти чист бакар во 5G дистрибуција

Додека CCA нуди заштеди на почеток, долгорочната економија варира во зависност од апликацијата:

Операторите често користат CCA кај некритични јазли на работ на мрежата каде што циклусите за замена од 15–20 години се согласуваат со надградби на мрежата. Сепак, основните врски на фронтхаул обично користат безкислородна бакарна жица поради нејзината подобра перформанса во средини со висок капацитет и висока фреквенција.

Поверливост, издржливост и долгорочни компромиси при употребата на CCA

Механичка јачина и отпорност на замор кај CCA проводниците

Алуминиумското јадро на CCA осигурува 30% пониска затегната јачина во однос на чистиот бакар во тестови со напон, поради што е повеќе склон на трајна деформација при счекорување. Ова е особено важно кај инсталациите на 5G мали ќелии и воздушни поставувања кои се подложни на осцилации предизвикани од ветерот.

Ризици од галванска корозија во надворешни 5G инсталации кои користат CCA

Кога влагата ќе влезе во CCA каблите, започнува хемиска реакција помеѓу алуминиумското јадро и бакарното покривање кое доведува до галванска корозија со текот на времето. Повеќето CCA кабли со добри заштитни јакети би требало да издржат околу 20 до 25 години под нормални временски услови. Но лабораториски тестирање според ASTM B117-2023 стандардите покажува дека нешто различно се случува кога овие кабли не се заштитени од природните влијанија. Незаштитените верзии се деградираат околу 15 пати побрзо од обичните бакарни кабли. И реалните набљудувања го потврдуваат ова. Околу една петтина од урбаните 5G инсталации кои користеле непокрити CCA кабли конечно имале потреба од поправки или замена по само пет години на работа.

Балансирање на заштеда на средства со поуздивост на мрежата во критични 5G системи

Поради 28–35% намалување на трошоците за материјал, повеќето оператори за 5G ограничуваат употреба на CCA во критичната инфраструктура. Анкета од 2024 година покажа дека 62% го задржуваат CCA за неважни врски, одржувајќи ја бакарната жица за мрежи со високи захтеви за одложување каде што се бара достапност од 99,999%.

Индустриски стандарди, тестирање и соодветност за CCA кабли

Релевантни сертификациони стандарди: TIA, UL и Fluke тестирање за CCA

Каблите CCA мораат да ги исполнуваат барањата на UL и IEC во поглед на електрична безбедност во Северна Америка и Европа. Покрај тоа, постојат и еколошки правила, како што е соодветноста со RoHS. Стандардот TIA-568 без сомнение ги утврдува целите за перформансите на системите со уторени парови, но реално гледано, тој не ги опфаќа сите прашања што настануваат со материјалите CCA при високите фреквенции на милиметарните бранови со кои се соочуваме денес. Лаборатории како TüV Rheinland тестираат работи како што е загуба при вметнување и проверка на интегритетот на сигналот, но да бидеме искрени, повеќето од овие тестирања не одговараат на она што се случува во реалните 5G средини каде што сигналите се однесуваат сосема различно од лабораториските услови.

Дали постоечките стандарди доволно го опфаќаат перформансите на CCA при високите фреквенции?

Повеќето сертификациони рамки се фокусираат на механичка издржливост наместо на однесување при висока фреквенција, создавајќи слепи точки во перформансите. Стандарди како IEC 61156-5 дозволуваат повисоки прагови за вметнување на загуби кои ги прифакаат вродените недостатоци на CCA, овозможувајќи соодветност без да се гарантира поуздивост над 24 GHz - каде што недостатокот на алуминиум во проводливост значително влијае на квалитетот на сигналот.

Парадоксот на соодветност: Зошто CCA останува популарен и покрај несогласувањето на стандардите

CCA продолжува да биде популарен бидејќи ги исполнува основните стандарди за сертификација и ја намалува цената некаде помеѓу 25% и 40%. Различните региони имаат различни прописи, што овозможува користење на CCA на места каде што тежината има голем значај, како што е протегање на влакнени кабли низ воздухот. Посветлите материјали им помогнуваат да се избалансираат некои од електричните недостатоци. За многу развивајќи се области каде што нема строги барања за висок фреквенциски перформанс, цената е она што навистина има значење. Тоа го одржува CCA во сила во оние делови од 5G мрежите каде што не е потребна највисока перформанса, но сепак е потребно нешто пофаливо и со пријателска цена.

ЧПЗ

Зошто CCA жицата се користи во 5G мрежите?

CCA жицата е економична и лесна по тежина, што ја прави погодна за инсталација во 5G мрежите во градските средини каде што буџетот и леснотија на инсталација се критични фактори. Сепак, таа има недостатоци во однос на проводливоста и можни перформански проблеми на високи фреквенции.

Кои се главните предизвици со CCA жицата?

Главните предизвици вклучуваат повисок отпор на јачинаст струја, губиток на сигнал и склоност кон галванска корозија, особено во влажни услови. CCA исто така има пониска затегната сила, што ја прави помалку издржлива при надворешни инсталации.

Како се споредува CCA со чиста бакарна жица за примена во високи фреквенции?

CCA има поголем отпор и губиток на сигнал во споредба со чистиот бакар, особено на високите фреквенции потребни за 5G примена. Ова може да резултира со зголемен вметнување на загуба и несоодветства во импедансата, што бара внимателно планирање на должината на каналот.

Дали CCA жицата одговара на индустриските стандарди?

Иако CCA жицата ги исполнува многу сертификациони стандарди вклучувајќи ги UL и IEC, овие стандарди често се фокусираат повеќе на механичките својства отколку на перформансите на високи фреквенции, оставајќи празнини во перформансите кај одредени примени.