Ciri frekuensi penuh, -keperluan penghantaran berkelajuan tinggi dan seni bina RF komunikasi 5G yang kompleks menentukan bahawa PCB papan fr4 biasa tidak dapat memenuhi keperluan prestasinya. Papan PCB frekuensi tinggi ialah asas perkakasan teras untuk operasi rangkaian 5G yang stabil, dan prinsip fizikal di sebaliknya sepenuhnya berkisar pada undang-undang penghantaran isyarat frekuensi tinggi.
Ciri fizikal frekuensi tinggi isyarat 5G memaksa peningkatan PCB
Korespondensi antara frekuensi dan panjang gelombang: 5G meliputi jalur frekuensi gelombang Sub-6GHz dan FR2 milimeter (24-40GHz), dan panjang gelombang yang sepadan dikurangkan daripada paras sentimeter kepada paras milimeter. Ketebalan penghalaan dan dielektrik papan litar bercetak biasa sudah berada pada tahap yang sama dengan panjang gelombang isyarat, yang boleh menyebabkan pantulan isyarat yang serius dan kehilangan sinaran.
Had atas fizikal bagi kadar penghantaran: Kadar puncak saluran tunggal 5G boleh mencapai 10Gbps atau lebih, dan masa kenaikan isyarat sangat dipendekkan. Kesan parameter teragih PCB tradisional akan diperkuatkan secara mendadak, secara langsung membawa kepada gangguan pemasaan isyarat dan penutupan lengkap gambar rajah mata.
Sifat kehilangan tinggi semulajadi gelombang milimeter: untuk setiap penggandaan kekerapan, kehilangan penghantaran isyarat dalam medium akan lebih kurang dua kali ganda. Kehilangan papan fr4 biasa dalam jalur frekuensi melebihi 10GHz akan melebihi 3-5 kali ganda daripada papan litar bercetak frekuensi tinggi-dan tidak boleh menyokong penghantaran isyarat RF jarak jauh.
Prinsip fizikal teras PCB frekuensi tinggi: pemalar dielektrik rendah (Dk) dan kehilangan dielektrik rendah (Df)
Kesan fizikal pemalar dielektrik (Dk): Kadar penghantaran isyarat adalah berkadar songsang dengan punca kuasa dua pemalar dielektrik bahan. Nilai Dk bahan seperti Rogers dan PTFE yang digunakan dalam papan litar bercetak frekuensi tinggi adalah stabil antara 2.2-3.5, jauh lebih rendah daripada 4.2-4.8 fr4 biasa, yang boleh mengurangkan kelewatan penghantaran isyarat dengan ketara dan memastikan penyegerakan pemasaan isyarat berbilang saluran.
Nilai teras kehilangan dielektrik (Df): Nilai Df bagi-papan litar bercetak frekuensi tinggi biasanya kurang daripada 0.005 dan sesetengah bahan ultra-rendah boleh serendah 0.001. Dalam jalur frekuensi gelombang milimeter, kehilangan isyarat unit inci boleh dikawal dalam 0.3dB, mengelakkan sejumlah besar penyerapan tenaga oleh medium semasa penghantaran isyarat RF.
Keperluan kestabilan untuk Dk/Df: Julat suhu operasi stesen pangkalan 5G meliputi -40 darjah ~125 darjah , dan turun naik Dk bagi-bahan PCB frekuensi tinggi adalah Kurang daripada atau sama dengan 0.2 dalam julat suhu penuh, tanpa hanyut galangan disebabkan oleh perubahan suhu persekitaran, memastikan ketepatan tatasusunan pancaran MIMO.
Logik asas fizikal impedans terkawal dan integriti isyarat
Keperluan padanan impedans yang ketat: Keperluan toleransi impedans untuk pautan RF 5G dikawal dalam lingkungan ± 3%. Papan litar bercetak frekuensi tinggi mencapai-kawalan impedans ketepatan tinggi bagi penghalaan RF 50 Ω dan penghalaan pembezaan 90 Ω dengan mengawal ketebalan dan lebar garisan medium secara tepat, mengurangkan kemerosotan nisbah gelombang berdiri dan mengelakkan pantulan isyarat dalam pautan penghantaran dan penerimaan.
Reka bentuk fizikal untuk menyekat crosstalk isyarat:-Kelajuan tinggi pautan Serdes 5G boleh mencapai 100Gbps. Papan litar bercetak frekuensi tinggi boleh mengurangkan gandingan medan elektrik dengan ketara antara talian dan mengelakkan isyarat silang antara saluran-tinggi bersebelahan dengan merujuk satah tanah yang lengkap dan mengawal jarak pendawaian supaya lebih daripada tiga kali lebar talian dalam reka bentuk fizikal.
Penyesuaian dan pengoptimuman kesan kulit: Arus isyarat frekuensi tinggi-hanya tertumpu pada lapisan nipis paras mikrometer pada permukaan wayar. PCB frekuensi tinggi-menggunakan kerajang tembaga kekasaran rendah untuk mengurangkan kehilangan konduktor lebih daripada 40% pada frekuensi tinggi, mengelakkan pengecilan isyarat tambahan yang disebabkan oleh kesan kulit.
Keperluan penyesuaian fizikal untuk MIMO besar-besaran 5G dan tatasusunan berperingkat
Keperluan ketekalan fasa berbilang saluran: Tatasusunan antena berskala besar-AAU 5G memerlukan perbezaan fasa berdozen malah ratusan isyarat RF untuk dikawal dalam 5 darjah . Keseragaman bahan dan ketepatan panjang penghalaan PCB frekuensi tinggi-dapat memastikan bahawa kelewatan penghantaran setiap isyarat adalah sangat konsisten, menyokong-pembentukan pancaran ketepatan tinggi.
Kelebihan struktur fizikal tindanan hibrid: Stesen pangkalan 5G biasanya menggunakan struktur hibrid "Lapisan RF-tinggi Rogers + lapisan digital fr4", yang bukan sahaja memenuhi keperluan kehilangan rendah pautan RF, tetapi juga mengimbangi ketumpatan pendawaian dan kos pembuatan litar digital. Ia kini merupakan penyelesaian PCB arus perdana untuk stesen makro dan kecil 5G.
Laluan pengaliran fizikal pelesapan haba: Ketumpatan fluks haba cip penguat 5G jauh melebihi peranti 4G. Substrat kekonduksian haba yang tinggi bagi papan litar bercetak frekuensi tinggi, digabungkan dengan lubang tertimbus logam dan reka bentuk saluran pelesapan haba, dengan cepat boleh menghilangkan haba bahagian hadapan RF-hujung, mengelakkan bahan Dk hanyut dan kegagalan peranti pada suhu tinggi serta memastikan pengendalian peralatan jangka panjang-yang stabil.