Täydet taajuusominaisuudet,-nopeat siirtovaatimukset ja 5G-viestinnän monimutkainen RF-arkkitehtuuri määräävät, että tavallisen fr4-kortin piirilevy ei voi täyttää suorituskykyvaatimuksiaan. Korkeataajuinen PCB-levy on laitteiston ydinperusta 5G-verkon vakaalle toiminnalle, ja sen taustalla oleva fyysinen periaate pyörii täysin suurtaajuisten signaalien siirtolain ympärillä.
5G-signaalien korkeataajuiset fyysiset ominaisuudet pakottavat PCB-päivitykset
Taajuuden ja aallonpituuden vastaavuus: 5G kattaa Sub-6 GHz ja FR2 millimetriaallon (24-40 GHz) taajuuskaistat, ja vastaava aallonpituus pienenee senttimetritasolta millimetritasolle. Tavallisen piirilevyn reititys ja dielektrinen paksuus ovat jo samalla tasolla signaalin aallonpituuden kanssa, mikä voi helposti aiheuttaa vakavaa signaalin heijastusta ja säteilyhäviötä.
Lähetysnopeuden fyysinen yläraja: 5G-yhden kanavan huippunopeus voi olla 10 Gbps tai enemmän, ja signaalin nousuaika lyhenee huomattavasti. Perinteisen PCB:n hajautettu parametrivaikutus vahvistuu jyrkästi, mikä johtaa suoraan signaalin ajoitushäiriöön ja silmäkaavion täydelliseen sulkeutumiseen.
Millimetriaaltojen luonnollinen suurhäviöominaisuus: jokaista taajuuden kaksinkertaistamista kohden signaalien lähetyshäviö välineessä noin kaksinkertaistuu. Tavallisten fr4-korttien häviö yli 10 GHz:n taajuuskaistalla ylittää 3-5 kertaa korkeataajuisen painetun-piirilevyn, eivätkä ne voi tukea pitkän matkan RF-signaalin lähetystä.
Korkeataajuisen piirilevyn fyysiset perusperiaatteet: pieni dielektrisyysvakio (Dk) ja pieni dielektrinen häviö (Df)
Dielektrisyysvakion (Dk) fysikaalinen vaikutus: Signaalin siirtonopeus on kääntäen verrannollinen materiaalin dielektrisyysvakion neliöjuureen. Korkeataajuisessa painetussa piirilevyssä käytettyjen materiaalien, kuten Rogersin ja PTFE:n, Dk-arvo on vakaa välillä 2,2-3,5, paljon pienempi kuin tavallisen fr4:n 4,2-4,8, mikä voi merkittävästi vähentää signaalin lähetysviivettä ja varmistaa monikanavaisen signaalin ajoituksen synkronoinnin.
Dielektrisen häviön (Df) ydinarvo: Korkeataajuisen painetun piirilevyn Df-arvo on yleensä alle 0,005, ja jotkin ultra-pienhäviömateriaalit voivat olla jopa 0,001. Millimetriaaltotaajuuskaistalla yksikkötuuman signaalihäviö voidaan säätää 0,3 dB:n sisällä, jolloin vältetään suuri määrä energian absorptiota välineessä RF-signaalien lähetyksen aikana.
Dk/Df:n vakausvaatimukset: 5G-tukiasemien käyttölämpötila-alue kattaa -40 astetta ~ 125 astetta ja korkeataajuisten PCB-materiaalien Dk-vaihtelu on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,2 koko lämpötila-alueella, ilman ympäristön lämpötilan muutoksista johtuvaa impedanssiryömitystä, mikä varmistaa MIMO:n suuren mittakaavan.
Ohjatun impedanssin ja signaalin eheyden fyysinen taustalla oleva logiikka
Tiukat impedanssisovitusvaatimukset: 5G RF -linkkien impedanssitoleranssivaatimusta säädetään ± 3 %:n sisällä. Korkeataajuisella painetulla piirilevyllä saavutetaan korkea-tarkka impedanssin säätö 50 Ω RF-reitityksellä ja 90 Ω differentiaalisella reitityksellä ohjaamalla tarkasti väliaineen paksuutta ja viivan leveyttä, vähentäen seisovan aallon suhteen heikkenemistä ja välttäen signaalin heijastumista lähetys- ja vastaanottolinkeissä.
Fyysinen suunnittelu signaalin ylikuulumisen estämiseksi: 5G:n{0}}nopea Serdes-linkkinopeus voi olla 100 Gbps. Suurtaajuuksinen painettu piirilevy voi vähentää merkittävästi linjojen välistä sähkökenttäkytkentää ja välttää signaalin ylikuulumista vierekkäisten nopeiden{4}}kanavien välillä vertaamalla koko maatasoa ja ohjaamalla johdotusväliä yli kolme kertaa linjan leveyteen verrattuna fyysisessä suunnittelussa.
Skin vaikutuksen mukauttaminen ja optimointi: Korkeataajuisten-signaalien virta keskittyy vain ohueen mikrometrin tasoon johtimen pinnalla. Korkeiden
Fyysiset mukautusvaatimukset 5G:n massiiviselle MIMO:lle ja vaiheistetulle joukolle
Monikanavaiset vaiheiden yhdenmukaisuusvaatimukset: 5G AAU:n suuri{0}}mittakaavainen antenniryhmä vaatii kymmenien tai jopa satojen RF-signaalien vaihe-eron ohjaamisen 5 asteen tarkkuudella. Korkeataajuisen piirilevyn materiaalin tasaisuus ja reitityspituuden tarkkuus voivat varmistaa, että kunkin signaalin lähetysviive on erittäin tasainen, mikä tukee korkean -tarkkuuden säteenmuodostusta.
Hybridipinoamisen fyysisen rakenteen etu: 5G-tukiasemat käyttävät yleensä hybridirakennetta "Rogersin korkea-taajuinen RF-kerros + fr4-digitaalinen kerros", joka ei ainoastaan täytä RF-linkkien pienihäviövaatimuksia, vaan myös tasapainottaa digitaalisten piirien kytkentätiheyttä ja valmistuskustannuksia. Se on tällä hetkellä valtavirran piirilevyratkaisu 5G-makro- ja pienille asemille.
Lämmön hajauttamisen fyysinen johtumisreitti: 5G-vahvistinsirujen lämpövuon tiheys ylittää huomattavasti 4G-laitteiden lämpövuon tiheys. Korkeataajuisten painettujen piirilevyjen korkean lämmönjohtavuuden substraatti yhdistettynä metalliin upotettuihin reikiin ja lämmönpoistokanavan suunnitteluun voivat nopeasti haihduttaa RF-etupään lämmön, välttäen materiaalin Dk-liikkeen ja laitevian korkeissa lämpötiloissa ja varmistaen laitteiden pitkäaikaisen vakaan toiminnan.