Τα χαρακτηριστικά πλήρους συχνότητας, οι απαιτήσεις μετάδοσης υψηλής-ταχύτητας και η σύνθετη αρχιτεκτονική RF της επικοινωνίας 5G καθορίζουν ότι το PCB της συνηθισμένης πλακέτας fr4 δεν μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις απόδοσης. Η πλακέτα PCB υψηλής συχνότητας είναι η βασική βάση υλικού για τη σταθερή λειτουργία του δικτύου 5G και η φυσική αρχή πίσω από αυτήν περιστρέφεται πλήρως γύρω από τον νόμο μετάδοσης των σημάτων υψηλής συχνότητας.
Τα φυσικά χαρακτηριστικά υψηλής συχνότητας των σημάτων 5G αναγκάζουν τις αναβαθμίσεις PCB
Η αντιστοιχία μεταξύ συχνότητας και μήκους κύματος: Το 5G καλύπτει τις ζώνες συχνοτήτων κύματος Sub-6GHz και FR2 χιλιοστών (24-40GHz) και το αντίστοιχο μήκος κύματος μειώνεται από επίπεδο εκατοστών σε επίπεδο χιλιοστών. Η δρομολόγηση και το διηλεκτρικό πάχος της συνηθισμένης πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος βρίσκονται ήδη στο ίδιο επίπεδο με το μήκος κύματος του σήματος, γεγονός που μπορεί εύκολα να προκαλέσει σοβαρή ανάκλαση σήματος και απώλεια ακτινοβολίας.
Το φυσικό ανώτερο όριο του ρυθμού μετάδοσης: Ο ρυθμός αιχμής ενός καναλιού 5G μπορεί να φτάσει τα 10 Gbps ή περισσότερο και ο χρόνος ανόδου του σήματος μειώνεται σημαντικά. Το φαινόμενο κατανεμημένων παραμέτρων του παραδοσιακού PCB θα ενισχυθεί απότομα, οδηγώντας άμεσα σε διαταραχή χρονισμού σήματος και πλήρες κλείσιμο του οφθαλμικού διαγράμματος.
Η φυσική ιδιότητα υψηλών απωλειών των κυμάτων χιλιοστού: για κάθε διπλασιασμό συχνότητας, η απώλεια μετάδοσης σημάτων στο μέσο θα διπλασιάζεται περίπου. Η απώλεια συνηθισμένων πλακών fr4 στη ζώνη συχνοτήτων άνω των 10 GHz θα υπερβεί 3-5 φορές εκείνης της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος υψηλής-συχνότητας και δεν μπορεί να υποστηρίξει μετάδοση σήματος RF σε μεγάλες αποστάσεις.
Βασικές φυσικές αρχές του PCB υψηλής συχνότητας: χαμηλή διηλεκτρική σταθερά (Dk) και χαμηλή διηλεκτρική απώλεια (Df)
Η φυσική επίδραση της διηλεκτρικής σταθεράς (Dk): Ο ρυθμός μετάδοσης του σήματος είναι αντιστρόφως ανάλογος με την τετραγωνική ρίζα της διηλεκτρικής σταθεράς του υλικού. Η τιμή Dk υλικών όπως το Rogers και το PTFE που χρησιμοποιούνται στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος υψηλής συχνότητας είναι σταθερή μεταξύ 2,2-3,5, πολύ χαμηλότερη από το 4,2-4,8 του συνηθισμένου fr4, γεγονός που μπορεί να μειώσει σημαντικά την καθυστέρηση μετάδοσης σήματος και να εξασφαλίσει συγχρονισμό χρονισμού σήματος πολλαπλών καναλιών.
Η βασική τιμή της διηλεκτρικής απώλειας (Df): Η τιμή Df της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος υψηλής-συχνότητας είναι γενικά μικρότερη από 0,005 και ορισμένα υλικά εξαιρετικά-χαμηλών απωλειών μπορεί να είναι έως και 0,001. Στη ζώνη συχνοτήτων κύματος χιλιοστών, η απώλεια σήματος μονάδας ίντσας μπορεί να ελεγχθεί εντός 0,3 dB, αποφεύγοντας μεγάλη ποσότητα ενέργειας απορρόφησης από το μέσο κατά τη μετάδοση σημάτων RF.
Απαιτήσεις σταθερότητας για Dk/Df: Το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας των σταθμών βάσης 5G καλύπτει -40 μοίρες ~125 μοίρες και η διακύμανση Dk των υλικών PCB υψηλής{5}συχνότητας είναι μικρότερη ή ίση με 0,2 στο πλήρες εύρος θερμοκρασίας, χωρίς μετατόπιση σύνθετης αντίστασης λόγω μεταβολών της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος.
Η φυσική υποκείμενη λογική της ελεγχόμενης αντίστασης και της ακεραιότητας του σήματος
Αυστηρές απαιτήσεις αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης: Η απαίτηση ανοχής σύνθετης αντίστασης για συνδέσεις RF 5G ελέγχεται εντός ± 3%. Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος υψηλής συχνότητας επιτυγχάνει έλεγχο σύνθετης αντίστασης υψηλής ακρίβειας δρομολόγησης 50 Ω RF και διαφορικής δρομολόγησης 90 Ω, ελέγχοντας με ακρίβεια το πάχος και το πλάτος γραμμής του μέσου, μειώνοντας την υποβάθμιση του λόγου στάσιμων κυμάτων και αποφεύγοντας την ανάκλαση του σήματος στις ζεύξεις μετάδοσης και λήψης.
Φυσική σχεδίαση για την καταστολή της αλληλεπίδρασης σήματος: Η-ταχύτητα σύνδεσης Serdes υψηλής ταχύτητας 5G μπορεί να φτάσει τα 100 Gbps. Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος υψηλής συχνότητας μπορεί να μειώσει σημαντικά τη σύζευξη ηλεκτρικού πεδίου μεταξύ των γραμμών και να αποφύγει την αλληλεπίδραση σήματος μεταξύ γειτονικών καναλιών υψηλής-ταχύτητας αναφέροντας το πλήρες επίπεδο γείωσης και ελέγχοντας την απόσταση των καλωδίων να είναι μεγαλύτερη από τρεις φορές το πλάτος της γραμμής στη φυσική σχεδίαση.
Προσαρμογή και βελτιστοποίηση του εφέ δέρματος: Το ρεύμα των σημάτων υψηλής-συχνότητας συγκεντρώνεται μόνο σε ένα λεπτό στρώμα μικρομετρικού επιπέδου στην επιφάνεια του σύρματος. Το PCB υψηλής-συχνότητας χρησιμοποιεί φύλλο χαλκού χαμηλής τραχύτητας για να μειώσει την απώλεια αγωγού κατά περισσότερο από 40% στις υψηλές συχνότητες, αποφεύγοντας την πρόσθετη εξασθένηση του σήματος που προκαλείται από το φαινόμενο του δέρματος.
Απαιτήσεις φυσικής προσαρμογής για μαζικό MIMO 5G και συστοιχία φάσεων
Απαιτήσεις συνοχής φάσης πολλαπλών καναλιών: Η μεγάλη-συστοιχία κεραιών κλίμακας 5G AAU απαιτεί τη διαφορά φάσης των δεκάδων ή και εκατοντάδων σημάτων RF να ελέγχεται εντός 5 μοιρών. Η ομοιομορφία υλικού και η ακρίβεια μήκους δρομολόγησης του PCB υψηλής-συχνότητας μπορεί να διασφαλίσει ότι η καθυστέρηση μετάδοσης κάθε σήματος είναι εξαιρετικά συνεπής, υποστηρίζοντας τη διαμόρφωση δέσμης υψηλής-ακρίβειας.
Το πλεονέκτημα της φυσικής δομής της υβριδικής στοίβαξης: οι σταθμοί βάσης 5G γενικά υιοθετούν μια υβριδική δομή "Rogers high-frequency RF layer+fr4 digital layer", η οποία όχι μόνο ικανοποιεί τις απαιτήσεις χαμηλών απωλειών των συνδέσεων RF, αλλά εξισορροπεί επίσης την πυκνότητα καλωδίωσης και το κόστος κατασκευής των ψηφιακών κυκλωμάτων. Αυτή τη στιγμή είναι η κύρια λύση PCB για μακροοικονομικούς και μικρούς σταθμούς 5G.
Η φυσική διαδρομή αγωγιμότητας της απαγωγής θερμότητας: Η πυκνότητα ροής θερμότητας των τσιπ ενισχυτών 5G υπερβαίνει κατά πολύ αυτή των συσκευών 4G. Το υπόστρωμα υψηλής θερμικής αγωγιμότητας των πλακών τυπωμένου κυκλώματος υψηλής συχνότητας, σε συνδυασμό με μεταλλικές θαμμένες οπές και σχεδιασμό καναλιού απαγωγής θερμότητας, μπορεί να διαλύσει γρήγορα τη θερμότητα του μπροστινού άκρου ραδιοσυχνοτήτων-, αποφεύγοντας τη μετατόπιση υλικού Dk και αστοχία της συσκευής σε υψηλές θερμοκρασίες και διασφαλίζοντας μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία του εξοπλισμού.