पूर्ण आवृत्ति विशेषताएँ, उच्च गति संचरण आवश्यकताएँ, और 5G संचार की जटिल आरएफ वास्तुकला यह निर्धारित करती है कि साधारण fr4 बोर्ड का पीसीबी अपनी प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है। उच्च आवृत्ति पीसीबी बोर्ड 5G नेटवर्क के स्थिर संचालन के लिए मुख्य हार्डवेयर आधार है, और इसके पीछे का भौतिक सिद्धांत पूरी तरह से उच्च आवृत्ति संकेतों के संचरण कानून के इर्द-गिर्द घूमता है।
5G सिग्नल की उच्च आवृत्ति वाली भौतिक विशेषताएँ PCB अपग्रेड को बाध्य करती हैं
आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य के बीच पत्राचार: 5G सब-6GHz और FR2 मिलीमीटर तरंग (24-40GHz) आवृत्ति बैंड को कवर करता है, और संबंधित तरंग दैर्ध्य सेंटीमीटर स्तर से मिलीमीटर स्तर तक कम हो जाता है। साधारण मुद्रित सर्किट बोर्ड की रूटिंग और ढांकता हुआ मोटाई पहले से ही सिग्नल तरंग दैर्ध्य के समान स्तर पर है, जो आसानी से गंभीर सिग्नल प्रतिबिंब और विकिरण हानि का कारण बन सकती है।
ट्रांसमिशन दर की भौतिक ऊपरी सीमा: 5G एकल चैनल की चरम दर 10Gbps या अधिक तक पहुंच सकती है, और सिग्नल बढ़ने का समय बहुत कम हो जाता है। पारंपरिक पीसीबी के वितरित पैरामीटर प्रभाव को तेजी से बढ़ाया जाएगा, जिससे सीधे सिग्नल टाइमिंग विकार और आंख आरेख का पूर्ण बंद होना होगा।
मिलीमीटर तरंगों की प्राकृतिक उच्च हानि संपत्ति: आवृत्ति के प्रत्येक दोहरीकरण के लिए, माध्यम में संकेतों की संचरण हानि लगभग दोगुनी हो जाएगी। 10GHz से ऊपर फ़्रीक्वेंसी बैंड में साधारण fr4 बोर्ड का नुकसान उच्च फ़्रीक्वेंसी मुद्रित सर्किट बोर्ड के 3-5 गुना से अधिक होगा, और लंबी दूरी के आरएफ सिग्नल ट्रांसमिशन का समर्थन नहीं कर सकता है।
उच्च आवृत्ति पीसीबी के मुख्य भौतिक सिद्धांत: कम ढांकता हुआ स्थिरांक (डीके) और कम ढांकता हुआ नुकसान (डीएफ)
ढांकता हुआ स्थिरांक (डीके) का भौतिक प्रभाव: सिग्नल संचरण दर सामग्री के ढांकता हुआ स्थिरांक के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होती है। उच्च आवृत्ति मुद्रित सर्किट बोर्ड में उपयोग की जाने वाली रोजर्स और पीटीएफई जैसी सामग्रियों का डीके मूल्य 2.2 - 3.5 के बीच स्थिर है, जो सामान्य एफआर 4 के 4.2-4.8 से काफी कम है, जो सिग्नल ट्रांसमिशन देरी को काफी कम कर सकता है और मल्टी-चैनल सिग्नल टाइमिंग सिंक्रनाइज़ेशन सुनिश्चित कर सकता है।
ढांकता हुआ हानि (डीएफ) का मूल मूल्य: उच्च आवृत्ति मुद्रित सर्किट बोर्ड का डीएफ मान आम तौर पर 0.005 से कम है, और कुछ अल्ट्रा - कम हानि सामग्री 0.001 तक कम हो सकती है। मिलीमीटर तरंग आवृत्ति बैंड में, यूनिट इंच सिग्नल हानि को 0.3dB के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे आरएफ सिग्नल के प्रसारण के दौरान माध्यम द्वारा बड़ी मात्रा में ऊर्जा अवशोषण से बचा जा सकता है।
डीके/डीएफ के लिए स्थिरता की आवश्यकताएं: 5जी बेस स्टेशनों की ऑपरेटिंग तापमान रेंज -40 डिग्री ~125 डिग्री को कवर करती है, और उच्च आवृत्ति पीसीबी सामग्री का डीके उतार-चढ़ाव पूर्ण तापमान रेंज में 0.2 से कम या उसके बराबर है, पर्यावरणीय तापमान परिवर्तनों के कारण बाधा बहाव के बिना, बड़े पैमाने पर एमआईएमओ सरणियों की बीमफॉर्मिंग सटीकता सुनिश्चित करता है।
नियंत्रित प्रतिबाधा और सिग्नल अखंडता का भौतिक अंतर्निहित तर्क
सख्त प्रतिबाधा मिलान आवश्यकताएँ: 5G आरएफ लिंक के लिए प्रतिबाधा सहिष्णुता आवश्यकता ± 3% के भीतर नियंत्रित होती है। उच्च आवृत्ति मुद्रित सर्किट बोर्ड माध्यम की मोटाई और लाइन चौड़ाई को सटीक रूप से नियंत्रित करके, खड़े तरंग अनुपात में गिरावट को कम करके और ट्रांसमिशन और रिसेप्शन लिंक में सिग्नल प्रतिबिंब से बचने के द्वारा 50 Ω आरएफ रूटिंग और 90 Ω अंतर रूटिंग का उच्च परिशुद्धता प्रतिबाधा नियंत्रण प्राप्त करता है।
सिग्नल क्रॉसस्टॉक को दबाने के लिए भौतिक डिज़ाइन: 5G की उच्च {{0}स्पीड सर्डेस लिंक स्पीड 100Gbps तक पहुंच सकती है। उच्च आवृत्ति मुद्रित सर्किट बोर्ड लाइनों के बीच विद्युत क्षेत्र युग्मन को काफी कम कर सकता है और संपूर्ण ग्राउंड प्लेन को संदर्भित करके और भौतिक डिजाइन में लाइन की चौड़ाई से तीन गुना से अधिक तारों के अंतर को नियंत्रित करके आसन्न उच्च गति चैनलों के बीच सिग्नल क्रॉसस्टॉक से बच सकता है।
त्वचा प्रभाव का अनुकूलन और अनुकूलन: उच्च आवृत्ति संकेतों की धारा केवल तार की सतह पर माइक्रोमीटर स्तर की एक पतली परत में केंद्रित होती है। उच्च आवृत्ति पीसीबी त्वचा के प्रभाव के कारण होने वाले अतिरिक्त सिग्नल क्षीणन से बचने के लिए, उच्च आवृत्तियों पर कंडक्टर हानि को 40% से अधिक कम करने के लिए कम खुरदरापन तांबे की पन्नी का उपयोग करता है।
5G विशाल MIMO और चरणबद्ध सरणी के लिए भौतिक अनुकूलन आवश्यकताएँ
मल्टी चैनल चरण स्थिरता आवश्यकताएँ: 5G AAU के बड़े -स्केल एंटीना सरणी को 5 डिग्री के भीतर नियंत्रित करने के लिए दर्जनों या यहां तक कि सैकड़ों आरएफ सिग्नल के चरण अंतर की आवश्यकता होती है। उच्च आवृत्ति पीसीबी की सामग्री एकरूपता और रूटिंग लंबाई सटीकता यह सुनिश्चित कर सकती है कि प्रत्येक सिग्नल का ट्रांसमिशन विलंब अत्यधिक सुसंगत है, उच्च परिशुद्धता बीमफॉर्मिंग का समर्थन करता है।
हाइब्रिड स्टैकिंग का भौतिक संरचना लाभ: 5G बेस स्टेशन आम तौर पर "रोजर्स हाई - फ्रीक्वेंसी आरएफ लेयर + fr4 डिजिटल लेयर" की हाइब्रिड संरचना को अपनाते हैं, जो न केवल आरएफ लिंक की कम हानि आवश्यकताओं को पूरा करता है, बल्कि वायरिंग घनत्व और डिजिटल सर्किट की विनिर्माण लागत को भी संतुलित करता है। यह वर्तमान में 5जी मैक्रो और छोटे स्टेशनों के लिए मुख्यधारा पीसीबी समाधान है।
ऊष्मा अपव्यय का भौतिक संचालन पथ: 5G एम्पलीफायर चिप्स का ऊष्मा प्रवाह घनत्व 4G उपकरणों से कहीं अधिक है। उच्च आवृत्ति मुद्रित सर्किट बोर्डों की उच्च तापीय चालकता सब्सट्रेट, धातु के दबे हुए छेद और गर्मी अपव्यय चैनल डिजाइन के साथ मिलकर, आरएफ फ्रंट एंड की गर्मी को जल्दी से खत्म कर सकता है, उच्च तापमान पर सामग्री डीके बहाव और डिवाइस की विफलता से बच सकता है, और उपकरण के दीर्घकालिक स्थिर संचालन को सुनिश्चित कर सकता है।