W miarę jak sieci 5G obejmują obszary gęsto zaludnione, takie jak budynki miejskie i parki przemysłowe, stopniowo staje się oczywista sprzeczność między potencjałem dużej przepustowości pasm częstotliwości fal milimetrowych a możliwościami pokrycia sygnału. Kluczowym urządzeniem rozwiązującym ten problem są małe stacje bazowe działające na falach milimetrowych, wyposażone w wewnętrzną płytkę drukowaną odpowiedzialną za podstawowe funkcje, takie jak transmisja i odbiór sygnału, wzmocnienie mocy i przetwarzanie konwersji częstotliwości. To „ośrodek nerwowy” określa wydajność stacji bazowej. Ta płytka drukowana zaprojektowana specjalnie dla pasma częstotliwości fal milimetrowych ma specjalne wymagania dotyczące doboru materiałów, dokładności procesu i wydajności, co czyni ją ważnym wsparciem w promowaniu udoskonalania zasięgu sieci 5G.
1, Podstawowe wymagania eksploatacyjne dotyczące dostosowania do charakterystyki fal milimetrowych
Bardzo niskie straty transmisji: Sygnały w paśmie częstotliwości fal milimetrowych (zwykle powyżej 24 GHz) tłumią się niezwykle szybko podczas transmisji, co wymaga, aby płytka drukowana miała doskonałe właściwości dielektryczne. Stosowanie specjalnych materiałów o niskich stałych dielektrycznych, takich jak wartości Dk poniżej 3,0 i niskich strat dielektrycznych, takich jak wartości Df poniżej 0,002, takich jak modyfikowany politetrafluoroetylen i materiały kompozytowe z wypełnieniem ceramicznym, może skutecznie zmniejszyć straty transmisji sygnałów w obwodach PCB. W paśmie częstotliwości 28 GHz stratę transmisji na centymetr wysokiej-jakości płytki drukowanej z falą milimetrową można kontrolować w zakresie 0,5 dB, co zapewnia utrzymanie wystarczającej siły sygnału po wielo-stopniowym wzmocnieniu i konwersji częstotliwości, spełniając wymagania krótkiego zasięgu-w pomieszczeniach i na zewnątrz.
Stabilna charakterystyka wysokiej-częstotliwości: sygnały fal milimetrowych są niezwykle wrażliwe na zmiany parametrów fizycznych płytki drukowanej, a wahania temperatury i wilgotności otoczenia mogą powodować stałe przesunięcia dielektryczne, wpływając w ten sposób na stabilność transmisji sygnału. Dlatego płytka PCB małej stacji bazowej z falą milimetrową musi wykorzystywać podłoże o wysokim współczynniku rozszerzalności cieplnej i dopasowaniu folii miedzianej, a szybkość zmiany stałej dielektrycznej powinna być kontrolowana w zakresie ± 2% w zakresie temperatur roboczych od -40 do 85 stopni. Ta stabilność zapewnia, że stacja bazowa może utrzymać stabilną jakość transmisji i odbioru sygnału nawet w pomieszczeniach komputerowych o wysokiej temperaturze latem lub na zewnątrz zimą, unikając przerw w komunikacji spowodowanych dryfem charakterystyki materiału.
Efektywne odprowadzanie ciepła: podstawowe komponenty, takie jak wzmacniacze mocy i miksery, w małych stacjach bazowych wykorzystujących fale milimetrowe generują dużą ilość ciepła podczas pracy, a transmisja sygnału o wysokiej-częstotliwości jest szczególnie wrażliwa na zmiany temperatury. PCB optymalizuje rozkład warstw miedzi, tworzy-powłokę miedzianą uziemiającą o dużej powierzchni i dedykowane kanały odprowadzające ciepło, a także szybko przekazuje ciepło powstające podczas pracy urządzenia do żeberek rozpraszających ciepło obudowy stacji bazowej. W typowych warunkach pracy przewodność cieplna płytki drukowanej musi osiągnąć 1,5 W/(m · K) lub więcej, zapewniając kontrolę temperatury złącza urządzeń zasilających poniżej 125 stopni, aby uniknąć pogorszenia wydajności lub uszkodzenia urządzenia spowodowanego przegrzaniem.
Ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi: stacja bazowa wykorzystująca fale milimetrowe ma zwartą przestrzeń wewnętrzną, a elementy takie jak wielokanałowe moduły nadawczo-odbiorcze sygnału i moduły mocy są gęsto rozmieszczone, co czyni ją bardzo podatną na zakłócenia elektromagnetyczne. Przyjmując wielowarstwową strukturę ekranowania, PCB ściśle oddziela warstwę sygnału RF, warstwę sterowania cyfrowego i warstwę mocy. Jednocześnie obok obwodów krytycznych instalowane są uziemiające paski ekranujące, aby tłumić zakłócenia elektromagnetyczne poniżej -80 dB. Taka konstrukcja może skutecznie zapobiegać przesłuchom sygnału między różnymi modułami, zapewniać, że sygnały fal milimetrowych mogą utrzymywać czyste przebiegi w złożonych środowiskach elektromagnetycznych i poprawiać czułość odbioru stacji bazowych.
2, Przełom w procesach produkcyjnych w celu stawienia czoła wyzwaniom związanym z wysoką częstotliwością
Tworzenie obwodów o wysokiej precyzji: Długość fali sygnałów milimetrowych jest wyjątkowo krótka i wynosi około 10,7 milimetra w paśmie częstotliwości 28 GHz. Odchylenie wielkości obwodu na płytce drukowanej może powodować problemy, takie jak odbicie sygnału i wzrost współczynnika fali stojącej. Dzięki zastosowaniu technologii bezpośredniego obrazowania laserowego dokładność szerokości linii można kontrolować w zakresie ± 0,01 mm, chropowatość krawędzi linii jest mniejsza niż 1 μm, a dokładność impedancji charakterystycznej 50 Ω można kontrolować w zakresie ± 5%. Ta-precyzyjna linia może zmniejszyć stany przejściowe impedancji podczas transmisji sygnału, obniżyć współczynnik fali stojącej (VSWR) i zwiększyć wydajność transmisji mocy stacji bazowej do ponad 80%.
Technologia przetwarzania mikro: aby uzyskać międzywarstwowe połączenie sygnału wielo{0}}warstwowej płytki drukowanej i uniknąć zakłóceń przelotek w przypadku sygnałów o wysokiej-częstotliwości, płytki drukowane małej stacji bazowej o fali milimetrowej często przyjmują konstrukcję mikro. Ślepe otwory o średnicy mniejszej niż 0,1 mm wykonane technologią wiercenia laserowego mają gładkie i pozbawione zadziorów ścianki, co może zmniejszyć utratę odbicia sygnału w-otworze przelotowym. Galwanizacja otworów przelotowych wykorzystuje wysoce rozproszony proces powlekania miedzią, aby zapewnić jednolitą grubość warstwy miedzi na ściance otworu (odchylenie mniejsze lub równe 10%), zapewnić przewodność i wytrzymałość mechaniczną połączeń międzywarstwowych oraz uniknąć przerw w kanale spowodowanych awarią.
Optymalizacja procesu obróbki powierzchni: Interfejs RF i podkładki urządzenia płytki drukowanej z falą milimetrową muszą mieć dobrą przewodność i odporność na utlenianie, aby zmniejszyć utratę sygnału w punktach połączeń. Przyjmując proces bezprądowego niklowania, grubość warstwy złota jest kontrolowana na poziomie 0,1 μm lub więcej, a grubość warstwy niklu jest kontrolowana na poziomie 5 μm lub więcej, co zapewnia niezawodność połączenia lutowniczego i zmniejsza rezystancję styku na granicy faz. Ta metoda obróbki powierzchni może zminimalizować nieciągłość impedancji w punkcie lutowania pomiędzy złączem RF a płytką drukowaną, zapewniając, że utrata odbicia sygnału na interfejsie jest mniejsza niż -20 dB.
3, Wspieranie wartości aplikacji różnych scenariuszy
Zasięg budynków miejskich: W dużych budynkach, takich jak biurowce i centra handlowe, tradycyjne makrosygnały fal milimetrowych ze stacji bazowych są trudne do przeniknięcia przez ściany. Mała stacja bazowa wykorzystująca fale milimetrowe rozmieszczona w korytarzach i sufitach zapewnia stabilny zasięg sygnału w promieniu 50 metrów w pomieszczeniach zamkniętych dzięki niskim stratom wewnętrznej płytki drukowanej, zapewniając-szybki dostęp do setek terminali na metr kwadratowy. W takich scenariuszach zdolność przeciwzakłóceniowa płytki drukowanej jest szczególnie ważna, ponieważ pozwala uniknąć wpływu szumu elektromagnetycznego generowanego przez urządzenia takie jak windy i centralna klimatyzacja na sygnały, zapewniając płynne działanie w zastosowaniach takich jak wideokonferencje w biurze i nawigacja AR.
Przemysłowy park produkcyjny: Internet przemysłowy pilnie potrzebuje dużej przepustowości i małego opóźnienia fali milimetrowej. Małe stacje bazowe wykorzystujące fale milimetrowe realizują takie zadania, jak-transmisja danych sprzętu w czasie rzeczywistym,-transmisja obrazu w wysokiej rozdzielczości z systemów wizyjnych w inteligentnych scenach produkcyjnych. Stabilna charakterystyka wysokiej-częstotliwości płytki PCB może zapewnić szybkość transmisji ponad 10 Gb/s w silnym środowisku elektromagnetycznym, w którym w warsztacie pracuje jednocześnie wiele obrabiarek, spełniając wymagania dotyczące odpowiedzi na poziomie mikrosekund dla instrukcji sterowania robotem przemysłowym. Jednocześnie odporność płytki drukowanej na wysoką temperaturę umożliwia jej dostosowanie się do-całorocznego środowiska pracy w warsztacie, w którym panuje temperatura powyżej 35 stopni, zmniejszając częstotliwość konserwacji sprzętu spowodowaną wysoką temperaturą.
Scenariusz z węzłem komunikacyjnym: na gęsto zaludnionych obszarach, takich jak terminale lotnisk i-dworce kolei dużych prędkości, małe stacje bazowe działające na falach milimetrowych muszą sprostać nagłym, ogromnym wymaganiom w zakresie łączności. Efektywna konstrukcja rozpraszania ciepła przez płytkę drukowaną gwarantuje, że wzmacniacze mocy i inne komponenty mogą nadal działać stabilnie, podczas gdy stacja bazowa zapewnia-szybkie usługi sieciowe tysiącom pasażerów jednocześnie, unikając degradacji przepustowości spowodowanej przegrzaniem. Kompaktowa konstrukcja pozwala również na elastyczną instalację stacji bazowych w wąskich przestrzeniach, takich jak kolumny i sufity, zapewniając płynny zasięg dzięki gęstemu rozmieszczeniu i rozwiązując problem zatorów w tradycyjnych sieciach w zatłoczonych obszarach.
Inteligentne zastosowania w obiektach: duże obiekty, takie jak obiekty sportowe i sale koncertowe, odnotowały gwałtowny wzrost zapotrzebowania na przepustowość dla-transmisji wideo na żywo w wysokiej rozdzielczości, interakcji AR z publicznością i innych usług podczas wydarzeń. Zdolność transmisji o niskich stratach, jaką zapewnia mała płytka PCB stacji bazowej wykorzystująca fale milimetrowe, może obsługiwać szczytową szybkość przekraczającą 1 Gb/s dla pojedynczej stacji bazowej, spełniając potrzeby tysięcy widzów przesyłających jednocześnie filmy 4K. Jednocześnie stabilna praca płytki drukowanej zapewnia, że bitowa stopa błędu transmisji i odbioru sygnału jest kontrolowana poniżej 10 ^ -6, gdy do stacji bazowej jest jednocześnie podłączona duża liczba urządzeń bezprzewodowych, zapewniając płynność transmitowanych obrazów na żywo i interaktywnych instrukcji w czasie rzeczywistym.