คุณลักษณะความถี่เต็มรูปแบบ ข้อกำหนดในการส่งข้อมูลความเร็วสูง- และสถาปัตยกรรม RF ที่ซับซ้อนของการสื่อสาร 5G กำหนดว่า PCB ของบอร์ด fr4 ธรรมดาไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพได้ บอร์ด PCB ความถี่สูงเป็นรากฐานฮาร์ดแวร์หลักสำหรับการทำงานที่เสถียรของเครือข่าย 5G และหลักการทางกายภาพที่อยู่เบื้องหลังบอร์ดนี้หมุนรอบกฎการส่งสัญญาณความถี่สูงอย่างสมบูรณ์
ลักษณะทางกายภาพความถี่สูงของสัญญาณ 5G บังคับให้มีการอัพเกรด PCB
ความสอดคล้องระหว่างความถี่และความยาวคลื่น: 5G ครอบคลุมคลื่นความถี่ Sub-6GHz และ FR2 มิลลิเมตร (24-40GHz) และความยาวคลื่นที่สอดคล้องกันจะลดลงจากระดับเซนติเมตรเป็นระดับมิลลิเมตร ความหนาของเส้นทางและอิเล็กทริกของแผงวงจรพิมพ์ธรรมดานั้นอยู่ในระดับเดียวกับความยาวคลื่นของสัญญาณ ซึ่งอาจทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณอย่างรุนแรงและการสูญเสียการแผ่รังสีได้อย่างง่ายดาย
ขีดจำกัดบนทางกายภาพของอัตราการส่งข้อมูล: อัตราสูงสุดของ 5G ช่องเดียวสามารถเข้าถึง 10Gbps หรือมากกว่า และเวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณจะสั้นลงอย่างมาก เอฟเฟกต์พารามิเตอร์แบบกระจายของ PCB แบบดั้งเดิมจะถูกขยายอย่างรวดเร็ว ซึ่งนำไปสู่ความผิดปกติของจังหวะสัญญาณโดยตรงและการปิดแผนภาพตาโดยสมบูรณ์
คุณสมบัติการสูญเสียสูงตามธรรมชาติของคลื่นมิลลิเมตร: สำหรับทุก ๆ ความถี่ที่เพิ่มขึ้น การสูญเสียสัญญาณในการส่งสัญญาณในตัวกลางจะเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่า การสูญเสียบอร์ด fr4 ธรรมดาในย่านความถี่ที่สูงกว่า 10GHz จะเกิน 3-5 เท่าของแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง- และไม่สามารถรองรับการส่งสัญญาณ RF ระยะไกลได้
หลักการทางกายภาพหลักของ PCB ความถี่สูง: ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ (Dk) และการสูญเสียอิเล็กทริกต่ำ (Df)
ผลกระทบทางกายภาพของค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (Dk): อัตราการส่งสัญญาณจะแปรผกผันกับรากที่สองของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุ ค่า Dk ของวัสดุ เช่น Rogers และ PTFE ที่ใช้ในแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูงจะคงที่ระหว่าง 2.2-3.5 ซึ่งต่ำกว่า 4.2-4.8 ของ fr4 ทั่วไปมาก ซึ่งสามารถลดความล่าช้าในการส่งสัญญาณได้อย่างมาก และรับประกันการซิงโครไนซ์จังหวะสัญญาณแบบหลายช่องสัญญาณ
ค่าหลักของการสูญเสียอิเล็กทริก (Df): ค่า Df ของแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง-โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 0.005 และวัสดุที่สูญเสียน้อยเป็นพิเศษ-บางชนิดอาจมีค่าต่ำถึง 0.001 ในย่านความถี่คลื่นมิลลิเมตร สามารถควบคุมการสูญเสียสัญญาณหน่วยนิ้วได้ภายใน 0.3dB เพื่อหลีกเลี่ยงการดูดซึมพลังงานจำนวนมากจากตัวกลางระหว่างการส่งสัญญาณ RF
ข้อกำหนดด้านความเสถียรสำหรับ Dk/Df: ช่วงอุณหภูมิการทำงานของสถานีฐาน 5G ครอบคลุม -40 องศา ~125 องศา และความผันผวนของ Dk ของวัสดุ PCB ความถี่สูง-จะน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.2 ในช่วงอุณหภูมิเต็ม โดยไม่มีอิมพีแดนซ์เคลื่อนตัวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสภาพแวดล้อม ช่วยให้มั่นใจในความแม่นยำในการสร้างบีมฟอร์มของอาร์เรย์ MIMO ขนาดใหญ่
ตรรกะพื้นฐานทางกายภาพของอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมและความสมบูรณ์ของสัญญาณ
ข้อกำหนดการจับคู่อิมพีแดนซ์ที่เข้มงวด: ข้อกำหนดความทนทานต่ออิมพีแดนซ์สำหรับลิงก์ RF 5G ได้รับการควบคุมภายใน ± 3% แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูงให้การควบคุมอิมพีแดนซ์ที่มีความแม่นยำสูง-ของการกำหนดเส้นทาง RF 50 Ω และการกำหนดเส้นทางแบบดิฟเฟอเรนเชียล 90 Ω โดยการควบคุมความหนาและความกว้างของเส้นของตัวกลางอย่างแม่นยำ ลดการเสื่อมสภาพของอัตราส่วนคลื่นนิ่ง และหลีกเลี่ยงการสะท้อนของสัญญาณในลิงก์การส่งและการรับ
การออกแบบทางกายภาพเพื่อระงับสัญญาณครอสทอล์ค: ความเร็วลิงก์ Serdes สูง-ของ 5G สามารถเข้าถึง 100Gbps แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูงสามารถลดการมีเพศสัมพันธ์ของสนามไฟฟ้าระหว่างเส้นได้อย่างมาก และหลีกเลี่ยงสัญญาณข้ามระหว่างช่องความเร็วสูง-ที่อยู่ติดกัน โดยการอ้างอิงระนาบกราวด์ที่สมบูรณ์และควบคุมระยะห่างของสายไฟให้มากกว่าสามเท่าของความกว้างของเส้นในการออกแบบทางกายภาพ
การปรับตัวและการปรับเอฟเฟกต์สกินให้เหมาะสม: กระแสของสัญญาณความถี่สูง-จะกระจุกตัวอยู่ที่ระดับไมโครมิเตอร์บางๆ บนพื้นผิวของเส้นลวดเท่านั้น PCB ความถี่สูง-ใช้ฟอยล์ทองแดงที่มีความหยาบต่ำเพื่อลดการสูญเสียตัวนำไฟฟ้าได้มากกว่า 40% ที่ความถี่สูง หลีกเลี่ยงการลดทอนสัญญาณเพิ่มเติมที่เกิดจากผลกระทบของผิวหนัง
ข้อกำหนดในการปรับตัวทางกายภาพสำหรับ MIMO ขนาดใหญ่ 5G และอาเรย์แบบแบ่งเฟส
ข้อกำหนดความสอดคล้องของเฟสหลายช่องสัญญาณ: อาร์เรย์เสาอากาศขนาดใหญ่-ของ 5G AAU ต้องใช้สัญญาณ RF หลายสิบหรือหลายร้อยสัญญาณเพื่อควบคุมภายใน 5 องศา ความสม่ำเสมอของวัสดุและความแม่นยำของความยาวเส้นทางของ PCB ความถี่สูง-ทำให้มั่นใจได้ว่าความล่าช้าในการส่งสัญญาณของแต่ละสัญญาณจะมีความสม่ำเสมอสูง ซึ่งรองรับ-การสร้างบีมฟอร์มมิ่งที่มีความแม่นยำสูง
ข้อดีของโครงสร้างทางกายภาพของการซ้อนแบบไฮบริด: โดยทั่วไปแล้ว สถานีฐาน 5G จะใช้โครงสร้างแบบผสมของ "เลเยอร์ RF ความถี่สูง-ของ Rogers + เลเยอร์ดิจิทัล fr4" ซึ่งไม่เพียงแต่ตรงตามข้อกำหนดการสูญเสียต่ำของลิงก์ RF เท่านั้น แต่ยังรักษาสมดุลของความหนาแน่นของสายไฟและต้นทุนการผลิตของวงจรดิจิทัลอีกด้วย ปัจจุบันเป็นโซลูชัน PCB กระแสหลักสำหรับ 5G มาโครและสถานีขนาดเล็ก
เส้นทางการนำความร้อนทางกายภาพ: ความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อนของชิปแอมพลิฟายเออร์ 5G นั้นสูงกว่าความหนาแน่นของอุปกรณ์ 4G มาก วัสดุพิมพ์ที่มีการนำความร้อนสูงของแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง เมื่อรวมกับรูฝังโลหะและการออกแบบช่องกระจายความร้อน สามารถกระจายความร้อนของส่วนหน้า RF- ได้อย่างรวดเร็ว หลีกเลี่ยงการเคลื่อนตัวของวัสดุ Dk และความล้มเหลวของอุปกรณ์ที่อุณหภูมิสูง และรับประกันการทำงานที่เสถียร-ในระยะยาวของอุปกรณ์