Karakteristike pune frekvencije, zahtjevi za-brzinom prijenosa i složena RF arhitektura 5G komunikacije određuju da PCB obične fr4 ploče ne može zadovoljiti zahtjeve za performansama. Visokofrekventna PCB ploča temelj je hardvera za stabilan rad 5G mreže, a fizički princip koji stoji iza nje u potpunosti se vrti oko zakona o prijenosu visokofrekventnih signala.
Fizičke karakteristike visoke frekvencije 5G signala tjeraju PCB nadogradnju
Podudarnost između frekvencije i valne duljine: 5G pokriva frekvencijske pojaseve milimetarskih valova ispod 6 GHz i FR2 (24-40 GHz), a odgovarajuća valna duljina smanjuje se s razine centimetra na razinu milimetra. Usmjeravanje i debljina dielektrika obične tiskane ploče već su na istoj razini kao i valna duljina signala, što može lako uzrokovati ozbiljnu refleksiju signala i gubitak zračenja.
Fizička gornja granica brzine prijenosa: vršna brzina jednog kanala 5G može doseći 10 Gbps ili više, a vrijeme porasta signala znatno je skraćeno. Učinak distribuiranog parametra tradicionalnog PCB-a bit će oštro pojačan, izravno dovodeći do poremećaja vremena signala i potpunog zatvaranja dijagrama oka.
Prirodno svojstvo velikih gubitaka milimetarskih valova: za svako udvostručenje frekvencije, gubitak prijenosa signala u mediju približno će se udvostručiti. Gubitak običnih fr4 ploča u frekvencijskom pojasu iznad 10 GHz premašit će 3-5 puta gubitak visokofrekventnih tiskanih ploča i ne može podržati prijenos RF signala na velike udaljenosti.
Osnovni fizički principi visokofrekventnog PCB-a: niska dielektrična konstanta (Dk) i mali dielektrični gubitak (Df)
Fizikalni učinak dielektrične konstante (Dk): Brzina prijenosa signala obrnuto je proporcionalna kvadratnom korijenu dielektrične konstante materijala. Dk vrijednost materijala kao što su Rogers i PTFE koji se koriste u visokofrekventnim tiskanim pločama stabilna je između 2,2-3,5, daleko niža od 4,2-4,8 običnog fr4, što može značajno smanjiti kašnjenje prijenosa signala i osigurati višekanalnu sinkronizaciju vremena signala.
Osnovna vrijednost dielektričnog gubitka (Df): Df vrijednost visoko{0}}frekventne tiskane ploče općenito je manja od 0,005, a neki materijali s ultra-niskim gubitkom mogu biti samo 0,001. U frekvencijskom pojasu milimetarskih valova, gubitak signala jedinice inča može se kontrolirati unutar 0,3 dB, izbjegavajući veliku količinu apsorpcije energije od strane medija tijekom prijenosa RF signala.
Zahtjevi stabilnosti za Dk/Df: Radni temperaturni raspon 5G baznih stanica pokriva -40 stupnjeva ~125 stupnjeva, a Dk fluktuacija visoko-frekventnih PCB materijala manja je ili jednaka 0,2 u punom temperaturnom rasponu, bez pomaka impedancije zbog promjena temperature okoline, čime se osigurava točnost oblikovanja snopa velikih MIMO nizova.
Fizička temeljna logika kontrolirane impedancije i integriteta signala
Strogi zahtjevi za usklađivanje impedancije: Zahtjevi za toleranciju impedancije za 5G RF veze kontroliraju se unutar ± 3%. Visokofrekventne tiskane ploče postižu visoku{3}}preciznu kontrolu impedancije RF usmjeravanja od 50 Ω i diferencijalnog usmjeravanja od 90 Ω točnim kontroliranjem debljine i širine linije medija, smanjujući pogoršanje omjera stojnog vala i izbjegavajući refleksiju signala u prijenosnim i prijamnim vezama.
Fizički dizajn za suzbijanje preslušavanja signala: -Brzina Serdes veze velike brzine 5G može doseći 100 Gbps. Visokofrekventna tiskana ploča može značajno smanjiti spajanje električnog polja između vodova i izbjeći preslušavanje signala između susjednih-kanala velike brzine referenciranjem cijele ravnine uzemljenja i kontroliranjem razmaka ožičenja da bude više od tri puta veće od širine linije u fizičkom dizajnu.
Prilagodba i optimizacija skin efekta: struja visoko{0}}frekventnih signala koncentrirana je samo u tankom sloju mikrometarske razine na površini žice. Visoko{2}}frekventni PCB koristi bakrenu foliju niske hrapavosti za smanjenje gubitka vodiča za više od 40% na visokim frekvencijama, izbjegavajući dodatno slabljenje signala uzrokovano skin efektom.
Zahtjevi za fizičku prilagodbu za 5G masivni MIMO i fazni niz
Zahtjevi za višekanalnu faznu konzistentnost: veliki{0}}antenski niz 5G AAU zahtijeva da se fazna razlika desetaka ili čak stotina RF signala kontrolira unutar 5 stupnjeva. Uniformnost materijala i točnost duljine usmjeravanja visoko-frekventnog PCB-a mogu osigurati da kašnjenje prijenosa svakog signala bude visoko dosljedno, podržavajući visoko-precizno oblikovanje snopa.
Prednost fizičke strukture hibridnog slaganja: 5G bazne stanice općenito usvajaju hibridnu strukturu "Rogersov visoko-frekventni RF sloj + fr4 digitalni sloj", koji ne samo da ispunjava zahtjeve za malim gubicima RF veza, već i uravnotežuje gustoću ožičenja i troškove proizvodnje digitalnih sklopova. To je trenutno mainstream PCB rješenje za 5G makro i male stanice.
Put fizičkog provođenja rasipanja topline: gustoća toplinskog toka čipova 5G pojačala daleko premašuje gustoću 4G uređaja. Supstrat visoke toplinske vodljivosti visokofrekventnih tiskanih pločica, u kombinaciji s metalnim ukopanim rupama i dizajnom kanala za raspršivanje topline, može brzo raspršiti toplinu RF prednjeg-kraja, izbjegavajući pomicanje Dk materijala i kvar uređaja na visokim temperaturama i osiguravajući dugo-stabilan rad opreme.