Visos dažnio charakteristikos, didelės{0} spartos perdavimo reikalavimai ir sudėtinga 5G ryšio RF architektūra lemia, kad įprastos fr4 plokštės PCB negali atitikti savo našumo reikalavimų. Aukšto dažnio PCB plokštė yra pagrindinis aparatinės įrangos pagrindas stabiliam 5G tinklo veikimui, o jos fizinis principas visiškai sukasi aplink aukšto dažnio signalų perdavimo dėsnį.
Aukšto dažnio fizinės 5G signalų charakteristikos verčia PCB atnaujinti
Dažnio ir bangos ilgio atitikimas: 5G apima Sub-6GHz ir FR2 milimetrų bangų (24-40GHz) dažnių juostas, o atitinkamas bangos ilgis sumažinamas nuo centimetro lygio iki milimetro lygio. Įprastos spausdintinės plokštės maršrutas ir dielektrinis storis jau yra tame pačiame lygyje kaip signalo bangos ilgis, o tai gali lengvai sukelti rimtą signalo atspindį ir spinduliuotės praradimą.
Fizinė viršutinė perdavimo greičio riba: 5G vieno kanalo didžiausias greitis gali siekti 10 Gbps ar daugiau, o signalo kilimo laikas labai sutrumpėja. Tradicinių PCB paskirstytų parametrų efektas bus smarkiai sustiprintas, tiesiogiai sukeldamas signalo laiko sutrikimą ir visišką akių diagramos uždarymą.
Natūrali milimetrinių bangų didelio nuostolio savybė: kiekvieną kartą padvigubėjus dažniui, signalų perdavimo praradimas terpėje padidės maždaug dvigubai. Įprastų fr4 plokščių praradimas dažnių juostoje, viršijančioje 10 GHz, viršys 3-5 kartus daugiau nei aukšto-dažnio spausdintinės plokštės, ir jos nepalaiko tolimojo RF signalo perdavimo.
Pagrindiniai aukšto dažnio PCB fiziniai principai: maža dielektrinė konstanta (Dk) ir maži dielektriniai nuostoliai (Df)
Fizinis dielektrinės konstantos (Dk) poveikis: signalo perdavimo greitis yra atvirkščiai proporcingas medžiagos dielektrinės konstantos kvadratinei šaknims. Medžiagų, tokių kaip Rogers ir PTFE, naudojamų aukšto dažnio spausdintinėse plokštėse, Dk vertė yra stabili tarp 2,2-3,5, daug mažesnė nei įprastos fr4 4,2–4,8, o tai gali žymiai sumažinti signalo perdavimo delsą ir užtikrinti kelių kanalų signalo laiko sinchronizavimą.
Pagrindinė dielektrinių nuostolių (Df) vertė: aukšto -dažnio spausdintinės plokštės Df vertė paprastai yra mažesnė nei 0,005, o kai kurių ypač -mažų nuostolių medžiagų vertė gali siekti 0,001. Milimetrinių bangų dažnių juostoje vienetinio colio signalo praradimą galima valdyti 0,3 dB ribose, išvengiant didelio energijos sugerties terpėje perduodant RF signalus.
Dk/Df stabilumo reikalavimai: 5G bazinių stočių veikimo temperatūros diapazonas apima -40 laipsnių ~ 125 laipsnius, o aukšto -dažnio PCB medžiagų Dk svyravimas yra mažesnis arba lygus 0,2 visame temperatūrų diapazone, be varžos dreifo dėl aplinkos temperatūros pokyčių, užtikrinant MIMO matricos matricos formavimąsi.
Fizinė pagrindinė valdomos varžos ir signalo vientisumo logika
Griežti impedanso suderinimo reikalavimai: 5G RF jungčių varžos tolerancijos reikalavimas kontroliuojamas ± 3 %. Aukšto dažnio spausdintinės plokštės užtikrina aukštą-tikslumo varžos valdymą 50 Ω RF maršrutizavimo ir 90 Ω diferencinio maršrutizavimo metu, tiksliai valdant terpės storį ir linijos plotį, sumažinant stovinčių bangų santykio pablogėjimą ir išvengiant signalo atspindžio perdavimo ir priėmimo grandyse.
Fizinis dizainas, skirtas slopinti signalo skersinį pokalbį: didelės{0}}Serdes ryšio spartos 5G sparta gali siekti 100 Gbps. Aukšto dažnio spausdintinė plokštė gali žymiai sumažinti elektrinio lauko ryšį tarp linijų ir išvengti signalo skersinio pokalbio tarp gretimų didelės spartos{4}} kanalų, nurodant visą įžeminimo plokštę ir valdant, kad laidų atstumas būtų daugiau nei tris kartus didesnis už linijos plotį pagal fizinį projektą.
Odos efekto pritaikymas ir optimizavimas: aukšto{0}}dažnio signalų srovė koncentruojama tik ploname mikrometro lygio sluoksnyje laido paviršiuje. Aukšto -dažnio PCB naudojama mažo šiurkštumo vario folija, siekiant sumažinti laidų nuostolius daugiau nei 40 % esant aukštiems dažniams, išvengiant papildomo signalo susilpnėjimo dėl odos poveikio.
Fizinio pritaikymo reikalavimai 5G masiniam MIMO ir faziniam masyvui
Kelių kanalų fazių nuoseklumo reikalavimai: didelės-5G AAU antenos matricai reikia, kad dešimčių ar net šimtų RF signalų fazių skirtumas būtų valdomas 5 laipsnių tikslumu. Aukšto -dažnio PCB medžiagos vienodumas ir maršruto ilgio tikslumas gali užtikrinti, kad kiekvieno signalo perdavimo delsa būtų labai nuosekli ir palaiko didelio-tikslumo pluošto formavimą.
Fizinės hibridinės sudėties pranašumas: 5G bazinėse stotyse paprastai naudojama hibridinė struktūra „Rogers aukšto-dažnio RF sluoksnis+fr4 skaitmeninis sluoksnis“, kuri ne tik atitinka mažų radijo dažnių ryšių reikalavimus, bet ir subalansuoja laidų tankį bei skaitmeninių grandinių gamybos sąnaudas. Šiuo metu tai yra pagrindinis PCB sprendimas 5G makro ir mažoms stotims.
Fizinis šilumos išsklaidymo kelias: 5G stiprintuvo lustų šilumos srauto tankis gerokai viršija 4G įrenginių šilumos srauto tankį. Aukšto dažnio spausdintinių plokščių didelio šilumos laidumo substratas kartu su metalinėmis skylutėmis ir šilumos išsklaidymo kanalo konstrukcija gali greitai išsklaidyti RF priekinės dalies šilumą, todėl išvengiama medžiagos Dk dreifo ir įrenginio gedimo esant aukštai temperatūrai ir užtikrinamas ilgalaikis stabilus įrangos veikimas.