По мере того, как сети 5G распространяются на густонаселенные районы, такие как городские здания и промышленные парки, противоречие между потенциалом высокой пропускной способности диапазонов частот миллиметровых волн и возможностями покрытия сигнала постепенно становится очевидным. В качестве ключевого устройства для решения этой проблемы небольшие базовые станции миллиметрового диапазона имеют внутреннюю печатную плату, отвечающую за основные функции, такие как передача и прием сигнала, усиление мощности и обработка преобразования частоты. Это «нервный центр», определяющий работоспособность базовой станции. Эта печатная плата, разработанная специально для диапазона частот миллиметровых волн, предъявляет особые требования к выбору материалов, точности обработки и производительности, что делает ее важной поддержкой для улучшения покрытия сети 5G.
1. Основные требования к производительности для адаптации к характеристикам миллиметровых волн.
Сверхнизкие потери при передаче: сигналы в диапазоне частот миллиметровых волн (обычно выше 24 ГГц) чрезвычайно быстро затухают во время передачи, что требует от печатной платы отличных диэлектрических свойств. Использование специальных материалов с низкими диэлектрическими проницаемостями, например, со значениями Dk ниже 3,0, и низкими диэлектрическими потерями, например, со значениями Df ниже 0,002, таких как модифицированный политетрафторэтилен и композитные материалы с керамическим наполнением, можно эффективно снизить потери при передаче сигналов в цепях печатных плат. В диапазоне частот 28 ГГц потери при передаче на сантиметр высококачественной печатной платы миллиметрового диапазона можно контролировать в пределах 0,5 дБ, гарантируя, что сигнал сможет сохранять достаточную силу после много-ступенчатого усиления и преобразования частоты, отвечая требованиям внутреннего и наружного покрытия ближнего-диапазона.
Стабильные высокочастотные-частотные характеристики. Сигналы миллиметрового диапазона чрезвычайно чувствительны к изменениям физических параметров печатной платы, а колебания температуры и влажности окружающей среды могут вызывать сдвиги диэлектрической проницаемости, тем самым влияя на стабильность передачи сигнала. Таким образом, печатная плата небольшой базовой станции миллиметрового диапазона должна использовать подложку с высоким коэффициентом теплового расширения и соответствием медной фольги, а скорость изменения диэлектрической проницаемости должна контролироваться в пределах ± 2% в диапазоне рабочих температур от - от 40 до 85 градусов. Эта стабильность гарантирует, что базовая станция может поддерживать стабильное качество передачи и приема сигнала даже в компьютерных залах с высокими температурами летом или на открытом воздухе зимой, избегая прерываний связи, вызванных дрейфом характеристик материала.
Эффективное рассеивание тепла. Основные компоненты, такие как усилители мощности и смесители в небольших базовых станциях миллиметрового диапазона, генерируют большое количество тепла во время работы, а передача высокочастотного сигнала особенно чувствительна к изменениям температуры. Плата оптимизирует распределение медных слоев, устанавливает медную оболочку заземления большой-площади и специальные каналы рассеивания тепла, а также быстро отводит тепло, образующееся во время работы устройства, к ребрам рассеивания тепла корпуса базовой станции. В типичных рабочих условиях теплопроводность печатной платы должна достигать 1,5 Вт/(м · К) или выше, обеспечивая контроль температуры перехода силовых устройств ниже 125 градусов во избежание ухудшения производительности или повреждения устройства, вызванного перегревом.
Защита от электромагнитных помех. Базовая станция миллиметрового диапазона имеет компактное внутреннее пространство, а такие компоненты, как модули приемопередатчика многоканального сигнала и силовые модули, расположены плотно, что делает ее очень восприимчивой к электромагнитным помехам. Используя многослойную экранирующую структуру, печатная плата строго разделяет уровень радиочастотного сигнала, уровень цифрового управления и уровень питания. При этом рядом с ответственными цепями устанавливаются заземляющие экранирующие полосы для подавления электромагнитных помех ниже -80 дБ. Такая конструкция позволяет эффективно избегать перекрестных помех между различными модулями, гарантировать, что сигналы миллиметрового диапазона смогут поддерживать чистые формы сигналов в сложных электромагнитных средах, а также улучшать чувствительность приема базовых станций.
2. Прорыв в производственных процессах для решения высокочастотных проблем
Высокоточное формирование цепей: длина волны сигналов миллиметрового диапазона чрезвычайно коротка, например, около 10,7 миллиметров в диапазоне частот 28 ГГц. Отклонение размера схемы на печатной плате может вызвать такие проблемы, как отражение сигнала и увеличение коэффициента стоячей волны. Используя технологию прямой лазерной визуализации, точность ширины линии можно контролировать в пределах ± 0,01 мм, шероховатость края линии составляет менее 1 мкм, а точность характеристического сопротивления 50 Ом можно контролировать в пределах ± 5%. Эта высокоточная-линия позволяет уменьшить переходные процессы импеданса во время передачи сигнала, снизить коэффициент стоячей волны (КСВН) и повысить эффективность передачи мощности базовой станции более чем до 80 %.
Технология обработки микропереходов. Чтобы обеспечить межслойное соединение сигналов много-слойной печатной платы и избежать помех между переходными отверстиями в высокочастотных сигналах, печатные платы небольших базовых станций миллиметрового диапазона часто используют конструкцию микропереходов. Глухие отверстия диаметром менее 0,1 мм, обработанные с помощью технологии лазерного сверления, имеют гладкие стенки без заусенцев, что позволяет снизить потери на отражение сигнала в сквозном-отверстии. При гальванике через сквозное отверстие применяется высокодисперсный процесс меднения, чтобы обеспечить равномерную толщину медного слоя на стенке отверстия (отклонение менее или равно 10%), обеспечить проводимость и механическую прочность межслоевых соединений и избежать прерывания канала, вызванного отказом переходного отверстия.
Оптимизация процесса обработки поверхности: радиочастотный интерфейс и контактные площадки печатной платы миллиметрового диапазона должны иметь хорошую проводимость и стойкость к окислению, чтобы уменьшить потери сигнала в точках соединения. При применении процесса химического никелирования золотом толщина слоя золота контролируется на уровне 0,1 мкм или более, а толщина слоя никеля контролируется на уровне 5 мкм или более, что обеспечивает надежность паяного соединения и снижает контактное сопротивление на границе раздела. Этот метод обработки поверхности позволяет минимизировать разрыв импеданса в точке пайки между ВЧ-разъемом и печатной платой, обеспечивая потери сигнала на отражение на интерфейсе менее -20 дБ.
3. Поддержка ценности приложения в различных сценариях.
Покрытие городских зданий: в больших зданиях, таких как офисные здания и торговые центры, сигналы миллиметровых волн традиционных макробазовых станций с трудом проникают через стены. Небольшая базовая станция миллиметрового диапазона, развернутая в коридорах и потолках, обеспечивает стабильное покрытие сигнала в радиусе 50 метров в помещении благодаря характеристикам низких потерь внутренней печатной платы, поддерживая высокоскоростной-доступ для сотен терминалов на квадратный метр. В таких сценариях защита от-помех печатной платы особенно важна, поскольку она позволяет избежать воздействия электромагнитных шумов, создаваемых таким оборудованием, как лифты и центральное кондиционирование воздуха, на сигналы, обеспечивая бесперебойную работу таких приложений, как офисные видеоконференции и AR-навигация.
Промышленный производственный парк: Промышленный Интернет остро нуждается в высокой пропускной способности и низкой задержке миллиметровых волн. Небольшие базовые станции миллиметрового диапазона решают такие задачи, как передача данных об оборудовании-в реальном времени, передача изображений высокого-изображения машинного зрения в интеллектуальных производственных сценах. Стабильные высокочастотные-частотные характеристики печатной платы могут обеспечить скорость передачи данных более 10 Гбит/с в сильной электромагнитной среде, когда в цехе одновременно работают несколько станков, что соответствует требованиям микросекундного уровня отклика для команд управления промышленным роботом. В то же время устойчивость печатной платы к высоким температурам позволяет ей адаптироваться к круглогодичной- рабочей среде при температуре выше 35 градусов в мастерской, сокращая частоту обслуживания оборудования, вызванную высокой температурой.
Сценарий транспортного узла. В густонаселенных районах, таких как терминалы аэропортов и высокоскоростные железнодорожные станции, небольшие базовые станции миллиметрового диапазона должны справляться с внезапными массовыми потребностями в подключении. Конструкция печатной платы с эффективным отводом тепла гарантирует стабильную работу усилителей мощности и других компонентов, в то время как базовая станция предоставляет высокоскоростные сетевые услуги тысячам пассажиров одновременно, избегая ухудшения пропускной способности, вызванного перегревом. Его компактная компоновка также позволяет гибко устанавливать базовые станции в узких пространствах, таких как колонны и потолки, образуя бесшовное покрытие за счет плотного развертывания и решая проблему перегрузки традиционных сетей в местах с большим скоплением людей.
Приложения для умных площадок. На крупных площадках, таких как спортивные площадки и концертные залы, наблюдается резкий рост спроса на полосу пропускания для потоковой-трансляции видео высокой четкости, взаимодействия с аудиторией с помощью дополненной реальности и других услуг во время мероприятий. Возможности передачи с низкими потерями печатной платы небольшой базовой станции миллиметрового диапазона могут поддерживать пиковую скорость более 1 Гбит/с для одной базовой станции, удовлетворяя потребности тысяч зрителей, одновременно загружающих видео 4K. В то же время стабильная производительность печатной платы гарантирует, что частота битовых ошибок при передаче и приеме сигнала контролируется ниже 10 ^ -6, когда к базовой станции одновременно подключено большое количество беспроводных устройств, обеспечивая плавность изображения в прямом эфире и интерактивных инструкций в реальном времени.