Pilnas frekvences raksturlielumi, ātrdarbīgas-pārraides prasības un sarežģītā 5G sakaru RF arhitektūra nosaka, ka parastās fr4 plates PCB nevar atbilst veiktspējas prasībām. Augstas frekvences PCB plate ir aparatūras pamats 5G tīkla stabilai darbībai, un tās fiziskais princips pilnībā griežas ap augstfrekvences signālu pārraides likumu.
5G signālu augstfrekvences fiziskās īpašības liek veikt PCB jaunināšanu
Atbilstība starp frekvenci un viļņa garumu: 5G aptver Sub-6GHz un FR2 milimetru viļņu (24-40GHz) frekvenču joslas, un atbilstošais viļņa garums tiek samazināts no centimetra līmeņa līdz milimetra līmenim. Parastās iespiedshēmas plates maršrutēšana un dielektriskais biezums jau ir vienā līmenī ar signāla viļņa garumu, kas var viegli izraisīt nopietnu signāla atstarošanu un starojuma zudumus.
Pārraides ātruma fiziskā augšējā robeža: 5G viena kanāla maksimālais ātrums var sasniegt 10 Gbps vai vairāk, un signāla pieauguma laiks ir ievērojami saīsināts. Tradicionālo PCB sadalīto parametru efekts tiks strauji pastiprināts, tieši novedot pie signāla laika traucējumiem un pilnīgas acs diagrammas aizvēršanas.
Milimetru viļņu dabiskā lielo zudumu īpašība: katru reizi dubultojot frekvenci, signālu pārraides zudums vidē palielināsies aptuveni divas reizes. Parasto fr4 plates zudums frekvenču joslā virs 10 GHz pārsniegs 3-5 reizes nekā augstas-frekvences iespiedshēmas plates, un tās nevar atbalstīt liela attāluma RF signāla pārraidi.
Augstas frekvences PCB fizikālie pamatprincipi: zema dielektriskā konstante (Dk) un zemi dielektriskie zudumi (Df)
Dielektriskās konstantes (Dk) fizikālā ietekme: signāla pārraides ātrums ir apgriezti proporcionāls materiāla dielektriskās konstantes kvadrātsaknei. Augstfrekvences iespiedshēmu platē izmantoto materiālu, piemēram, Rodžersa un PTFE, Dk vērtība ir stabila starp 2,2-3,5, kas ir daudz zemāka par parastā fr4 4,2–4,8, kas var ievērojami samazināt signāla pārraides aizkavi un nodrošināt daudzkanālu signāla laika sinhronizāciju.
Dielektrisko zudumu (Df) pamatvērtība: augstas -frekvences iespiedshēmas plates Df vērtība parasti ir mazāka par 0,005, un dažiem īpaši -zemiem zudumiem materiāliem var būt pat 0,001. Milimetru viļņu frekvenču joslā vienības collu signāla zudumu var kontrolēt 0,3 dB robežās, izvairoties no liela enerģijas daudzuma absorbcijas vidē RF signālu pārraides laikā.
Stabilitātes prasības Dk/Df: 5G bāzes staciju darba temperatūras diapazons aptver -40 grādi ~ 125 grādi, un augstas -frekvences PCB materiālu Dk svārstības ir mazākas vai vienādas ar 0,2 pilnā temperatūras diapazonā, bez pretestības novirzes vides temperatūras izmaiņu dēļ, nodrošinot liela mēroga MIMO masīvu veidošanos.
Kontrolētās pretestības un signāla integritātes fiziskā pamatā esošā loģika
Stingras pretestības atbilstības prasības: 5G RF saišu pretestības pielaides prasība tiek kontrolēta ± 3% robežās. Augstfrekvences iespiedshēmas plate nodrošina augstas -precizitātes pretestības vadību 50 Ω RF maršrutēšanai un 90 Ω diferenciālai maršrutēšanai, precīzi kontrolējot barotnes biezumu un līnijas platumu, samazinot stāvviļņu attiecības pasliktināšanos un izvairoties no signāla atstarošanas pārraides un uztveršanas saitēs.
Fizisks dizains signāla šķērsrunas nomākšanai: ātrgaitas{0}}Serdes saites ātrums 5G var sasniegt 100 Gb/s. Augstas frekvences iespiedshēmas plate var ievērojami samazināt elektriskā lauka savienojumu starp līnijām un izvairīties no signāla šķērsrunas starp blakus esošajiem ātrgaitas kanāliem, atsaucoties uz visu iezemēto plakni un kontrolējot elektroinstalācijas attālumu, kas vairāk nekā trīs reizes pārsniedz līnijas platumu fiziskajā dizainā.
Ādas efekta pielāgošana un optimizācija: augstfrekvences signālu strāva ir koncentrēta tikai plānā mikrometra līmeņa slānī uz stieples virsmas. Augstas -frekvences PCB izmanto zema raupjuma vara foliju, lai samazinātu vadītāju zudumus par vairāk nekā 40% augstās frekvencēs, izvairoties no papildu signāla vājināšanās, ko izraisa ādas efekts.
Fiziskās pielāgošanas prasības 5G masīvajam MIMO un fāzētajam masīvam
Vairāku kanālu fāžu konsekvences prasības: liela{0}}5G AAU antenu masīvam ir nepieciešama desmitiem vai pat simtiem RF signālu fāzes starpība, kas jāvada 5 grādu robežās. Augstas-frekvences PCB materiāla vienmērīgums un maršrutēšanas garuma precizitāte var nodrošināt, ka katra signāla pārraides aizkave ir ļoti konsekventa, atbalstot augstas-precizitātes staru kūļa formēšanu.
Hibrīda sakraušanas fiziskās struktūras priekšrocības: 5G bāzes stacijās parasti tiek izmantota hibrīda struktūra "Rogers augstas-frekvences RF slānis + fr4 digitālais slānis", kas ne tikai atbilst RF saišu zemo zudumu prasībām, bet arī līdzsvaro vadu blīvumu un digitālo shēmu ražošanas izmaksas. Pašlaik tas ir galvenais PCB risinājums 5G makro un mazajām stacijām.
Siltuma izkliedes fiziskās vadīšanas ceļš: 5G pastiprinātāja mikroshēmu siltuma plūsmas blīvums ievērojami pārsniedz 4G ierīču siltuma plūsmas blīvumu. Augstfrekvences iespiedshēmu plates ar augstu siltumvadītspējas substrātu apvienojumā ar metāliskiem caurumiem un siltuma izkliedes kanālu konstrukciju var ātri izkliedēt RF priekšpuses siltumu, izvairoties no materiāla Dk novirzes un ierīces atteices augstās temperatūrās, kā arī nodrošinot ilgstošas-stabilas iekārtas darbību.