Les característiques de freqüència completa, els requisits de transmissió d'alta-velocitat i l'arquitectura de RF complexa de la comunicació 5G determinen que la PCB de la placa fr4 normal no pot complir els seus requisits de rendiment. La placa PCB d'alta freqüència és la base del maquinari bàsic per al funcionament estable de la xarxa 5G, i el principi físic que hi ha darrere gira completament al voltant de la llei de transmissió dels senyals d'alta freqüència.
Les característiques físiques d'alta freqüència dels senyals 5G obliguen a actualitzar PCB
La correspondència entre freqüència i longitud d'ona: 5G cobreix les bandes de freqüència d'ona mil·limètrica Sub-6GHz i FR2 (24-40GHz), i la longitud d'ona corresponent es redueix de nivell de centímetre a nivell de mil·límetre. L'encaminament i el gruix dielèctric de la placa de circuit imprès ordinària ja estan al mateix nivell que la longitud d'ona del senyal, cosa que pot provocar fàcilment una reflexió greu del senyal i una pèrdua de radiació.
El límit superior físic de la velocitat de transmissió: la velocitat màxima del canal únic 5G pot arribar a 10 Gbps o més, i el temps d'augment del senyal es redueix molt. L'efecte dels paràmetres distribuïts del PCB tradicional s'amplificarà bruscament, donant lloc directament a un desordre de temporització del senyal i al tancament complet del diagrama de l'ull.
La propietat natural de gran pèrdua de les ones mil·límetres: per cada duplicació de freqüència, la pèrdua de transmissió de senyals en el medi es duplicarà aproximadament. La pèrdua de plaques fr4 normals a la banda de freqüència superior a 10 GHz superarà 3-5 vegades la de la placa de circuit imprès d'alta-freqüència i no pot suportar la transmissió de senyal de RF a llarga distància.
Principis físics bàsics de PCB d'alta freqüència: baixa constant dielèctrica (Dk) i baixa pèrdua dielèctrica (Df)
L'efecte físic de la constant dielèctrica (Dk): la velocitat de transmissió del senyal és inversament proporcional a l'arrel quadrada de la constant dielèctrica del material. El valor Dk de materials com Rogers i PTFE utilitzats a la placa de circuit imprès d'alta freqüència és estable entre 2,2-3,5, molt inferior al 4,2-4,8 de fr4 normal, la qual cosa pot reduir significativament el retard de transmissió del senyal i garantir la sincronització de temps del senyal multicanal.
El valor bàsic de la pèrdua dielèctrica (Df): el valor Df de la placa de circuit imprès d'alta freqüència és generalment inferior a 0,005, i alguns materials de pèrdua ultra-poden arribar a ser de fins a 0,001. A la banda de freqüència d'ona mil·limètrica, la pèrdua de senyal de polzada de la unitat es pot controlar dins de 0,3 dB, evitant una gran quantitat d'absorció d'energia pel mitjà durant la transmissió de senyals de RF.
Requisits d'estabilitat per a Dk/Df: el rang de temperatura de funcionament de les estacions base 5G cobreix -40 graus ~ 125 graus, i la fluctuació Dk dels materials de PCB d'alta-freqüència és inferior o igual a 0,2 en el rang de temperatura complet, sense deriva d'impedància a causa dels canvis de temperatura ambiental, assegurant la precisió de les matrius MIMO a gran escala.
La lògica física subjacent de la impedància controlada i la integritat del senyal
Requisits estrictes de concordança d'impedància: el requisit de tolerància d'impedància per als enllaços RF 5G es controla en un ± 3%. La placa de circuit imprès d'alta freqüència aconsegueix un control d'impedància d'alta -precisió de l'encaminament RF de 50 Ω i l'encaminament diferencial de 90 Ω controlant amb precisió el gruix i l'amplada de línia del mitjà, reduint el deteriorament de la relació d'ona estacionària i evitant la reflexió del senyal en els enllaços de transmissió i recepció.
Disseny físic per suprimir la diafonia del senyal: la velocitat de l'enllaç Serdes d'alta -velocitat de 5G pot arribar als 100 Gbps. La placa de circuit imprès d'alta freqüència pot reduir significativament l'acoblament del camp elèctric entre línies i evitar la diafonia del senyal entre els canals adjacents d'alta velocitat-faent referència al pla de terra complet i controlant que l'espai del cablejat sigui més de tres vegades l'amplada de la línia en el disseny físic.
Adaptació i optimització de l'efecte pell: el corrent dels senyals d'alta-freqüència només es concentra en una capa fina de nivell micròmetre a la superfície del cable. El PCB d'alta -freqüència utilitza làmina de coure de baixa rugositat per reduir la pèrdua del conductor en més d'un 40% a altes freqüències, evitant l'atenuació addicional del senyal causada per l'efecte de la pell.
Requisits d'adaptació física per a MIMO massiu 5G i matriu en fases
Requisits de coherència de fase multicanal: la matriu d'antenes a gran-escala de 5G AAU requereix que la diferència de fase de desenes o fins i tot centenars de senyals de RF es controli dins de 5 graus . La uniformitat del material i la precisió de la longitud d'encaminament de la PCB d'alta-freqüència poden garantir que el retard de transmissió de cada senyal sigui molt coherent, donant suport a la formació de feix d'alta-precisió.
L'avantatge de l'estructura física de l'apilament híbrid: les estacions base 5G generalment adopten una estructura híbrida de "capa de RF d'alta-freqüència Rogers + capa digital fr4", que no només compleix els requisits de baixes pèrdues dels enllaços de RF, sinó que també equilibra la densitat del cablejat i el cost de fabricació dels circuits digitals. Actualment és la solució PCB principal per a estacions macro i petites 5G.
El camí de conducció física de la dissipació de calor: la densitat de flux de calor dels xips amplificadors 5G supera amb escreix la dels dispositius 4G. El substrat d'alta conductivitat tèrmica de les plaques de circuits impresos d'alta freqüència, combinat amb forats metàl·lics enterrats i disseny de canals de dissipació de calor, pot dissipar ràpidament la calor de la part frontal de RF, evitant la deriva del material Dk i la fallada del dispositiu a altes temperatures i assegurant un funcionament estable a llarg termini de l'equip.