تحدد خصائص التردد الكامل، ومتطلبات النقل عالية السرعة-، وبنية التردد اللاسلكي المعقدة لاتصالات 5G أن لوحة PCB الخاصة بلوحة fr4 العادية لا يمكنها تلبية متطلبات الأداء الخاصة بها. تعد لوحة PCB عالية التردد أساس الأجهزة الأساسية للتشغيل المستقر لشبكة 5G، والمبدأ المادي الكامن وراءها يدور بالكامل حول قانون نقل الإشارات عالية التردد.
تجبر الخصائص الفيزيائية عالية التردد لإشارات 5G على ترقية ثنائي الفينيل متعدد الكلور
المراسلات بين التردد والطول الموجي: تغطي شبكة 5G نطاقات التردد Sub-6 جيجا هرتز وموجة FR2 المليمترية (24-40 جيجا هرتز)، ويتم تقليل الطول الموجي المقابل من مستوى السنتيمتر إلى مستوى المليمتر. إن التوجيه وسمك العزل الكهربائي للوحة الدوائر المطبوعة العادية يكونان بالفعل على نفس مستوى الطول الموجي للإشارة، مما قد يتسبب بسهولة في انعكاس خطير للإشارة وفقدان الإشعاع.
الحد الأعلى المادي لمعدل الإرسال: يمكن أن يصل معدل الذروة لقناة 5G الفردية إلى 10 جيجابت في الثانية أو أكثر، ويتم تقصير وقت صعود الإشارة إلى حد كبير. سيتم تضخيم تأثير المعلمة الموزعة لثنائي الفينيل متعدد الكلور التقليدي بشكل حاد، مما يؤدي مباشرة إلى اضطراب توقيت الإشارة والإغلاق الكامل لمخطط العين.
الخاصية الطبيعية للخسارة العالية للموجات المليمترية: مقابل كل مضاعفة للتردد، فإن فقدان إرسال الإشارات في الوسط سوف يتضاعف تقريبًا. سوف يتجاوز فقدان لوحات fr4 العادية في نطاق التردد الأعلى من 10 جيجا هرتز 3-5 أضعاف فقدان لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد-، ولا يمكن أن يدعم إرسال إشارة التردد اللاسلكي لمسافات طويلة.
المبادئ الفيزيائية الأساسية لثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد: ثابت العزل الكهربائي المنخفض (Dk) وفقدان العزل الكهربائي المنخفض (Df)
التأثير الفيزيائي لثابت العزل الكهربائي (Dk): يتناسب معدل نقل الإشارة عكسيا مع الجذر التربيعي لثابت العزل الكهربائي للمادة. تكون قيمة Dk للمواد مثل Rogers وPTFE المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد مستقرة بين 2.2-3.5، وهي أقل بكثير من 4.2-4.8 لـ fr4 العادي، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من تأخير إرسال الإشارة ويضمن تزامن توقيت الإشارة متعدد القنوات.
القيمة الأساسية لفقد العزل الكهربائي (Df): تكون قيمة Df للوحة الدوائر المطبوعة عالية التردد- عمومًا أقل من 0.005، ويمكن أن تصل بعض المواد شديدة الانخفاض-إلى 0.001. في نطاق تردد الموجة المليمترية، يمكن التحكم في فقدان إشارة الوحدة بوصة في حدود 0.3 ديسيبل، مما يؤدي إلى تجنب كمية كبيرة من امتصاص الطاقة بواسطة الوسط أثناء إرسال إشارات التردد اللاسلكي.
متطلبات الاستقرار لـ Dk/Df: يغطي نطاق درجة حرارة التشغيل لمحطات قاعدة 5G -40 درجة ~125 درجة، وتقلب Dk لمواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذات التردد العالي- أقل من أو يساوي 0.2 في نطاق درجة الحرارة الكامل، دون انحراف المعاوقة بسبب تغيرات درجة الحرارة البيئية، مما يضمن دقة تشكيل الشعاع لمصفوفات MIMO واسعة النطاق.
المنطق الأساسي المادي للمقاومة الخاضعة للرقابة وسلامة الإشارة
متطلبات مطابقة المعاوقة الصارمة: يتم التحكم في متطلبات تحمل المعاوقة لوصلات 5G RF في حدود ± 3%. تحقق لوحة الدوائر المطبوعة عالية التردد -تحكمًا عالي الدقة في المعاوقة لتوجيه التردد اللاسلكي بمقدار 50 أوم والتوجيه التفاضلي بمقدار 90 أوم عن طريق التحكم الدقيق في سُمك وعرض خط الوسط، مما يقلل من تدهور نسبة الموجة الدائمة وتجنب انعكاس الإشارة في وصلات الإرسال والاستقبال.
تصميم مادي لمنع تداخل الإشارة: يمكن أن تصل سرعة رابط Serdes عالية السرعة-التي تبلغ 5G إلى 100 جيجابت في الثانية. يمكن للوحة الدوائر المطبوعة عالية التردد أن تقلل بشكل كبير من اقتران المجال الكهربائي بين الخطوط وتجنب تداخل الإشارة بين القنوات المجاورة عالية السرعة -من خلال الرجوع إلى المستوى الأرضي الكامل والتحكم في تباعد الأسلاك ليكون أكثر من ثلاثة أضعاف عرض الخط في التصميم المادي.
التكيف وتحسين تأثير الجلد: يتم تركيز تيار الإشارات عالية التردد-فقط في طبقة رقيقة من مستوى الميكرومتر على سطح السلك. يستخدم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد - رقائق نحاسية منخفضة الخشونة لتقليل فقد الموصل بنسبة تزيد عن 40% عند الترددات العالية، مما يؤدي إلى تجنب التوهين الإضافي للإشارة الناتج عن تأثير الجلد.
متطلبات التكيف المادي لـ 5G MIMO الضخمة والمصفوفة المرحلية
متطلبات اتساق الطور متعدد القنوات: تتطلب مجموعة الهوائيات-الكبيرة الحجم لـ 5G AAU أن يتم التحكم في فرق الطور لعشرات أو حتى مئات من إشارات التردد اللاسلكي في حدود 5 درجات. يمكن أن يضمن توحيد المواد ودقة طول التوجيه لثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد- أن يكون تأخير الإرسال لكل إشارة متسقًا للغاية، مما يدعم تشكيل الشعاع عالي الدقة-.
ميزة البنية المادية للتكديس الهجين: تتبنى المحطات الأساسية 5G عمومًا بنية هجينة من "طبقة RF ذات التردد العالي -Rogers + الطبقة الرقمية fr4"، والتي لا تلبي فقط متطلبات الخسارة المنخفضة لروابط التردد اللاسلكي، ولكنها أيضًا توازن بين كثافة الأسلاك وتكلفة تصنيع الدوائر الرقمية. إنه حاليًا حل ثنائي الفينيل متعدد الكلور السائد لمحطات الماكرو والصغيرة 5G.
مسار التوصيل المادي لتبديد الحرارة: كثافة التدفق الحراري لرقائق مكبر الصوت 5G تتجاوز بكثير كثافة أجهزة 4G. يمكن للركيزة ذات الموصلية الحرارية العالية للوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد، جنبًا إلى جنب مع الثقوب المعدنية المدفونة وتصميم قناة تبديد الحرارة، أن تبدد حرارة الواجهة الأمامية للتردد الراديوي - بسرعة، مما يؤدي إلى تجنب انجراف المادة Dk وفشل الجهاز عند درجات الحرارة العالية، وضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل - للمعدات.