Man mano che le reti 5G si estendono a scenari densamente popolati come edifici urbani e parchi industriali, la contraddizione tra l’elevato potenziale di larghezza di banda delle bande di frequenza delle onde millimetriche e le capacità di copertura del segnale diventa gradualmente evidente. Essendo un dispositivo chiave per risolvere questo problema, le piccole stazioni base a onde millimetriche hanno la loro scheda interna responsabile delle funzioni principali come la trasmissione e la ricezione del segnale, l'amplificazione di potenza e l'elaborazione della conversione di frequenza. È il "centro nevralgico" che determina le prestazioni della stazione base. Questo circuito stampato progettato specificamente per la banda di frequenza delle onde millimetriche presenta requisiti speciali in termini di selezione dei materiali, precisione del processo e prestazioni, rendendolo un supporto importante per promuovere il perfezionamento della copertura della rete 5G.
1, requisiti prestazionali fondamentali per l'adattamento alle caratteristiche delle onde millimetriche
Perdita di trasmissione estremamente bassa: i segnali nella banda di frequenza delle onde millimetriche (solitamente sopra i 24 GHz) si attenuano estremamente rapidamente durante la trasmissione, il che richiede che il circuito stampato abbia eccellenti proprietà dielettriche. L'utilizzo di materiali speciali con costanti dielettriche basse, come valori Dk inferiori a 3,0 e basse perdite dielettriche, come valori Df inferiori a 0,002, come politetrafluoroetilene modificato e materiali compositi riempiti con ceramica, può ridurre efficacemente la perdita di trasmissione dei segnali nei circuiti PCB. Nella banda di frequenza di 28 GHz, la perdita di trasmissione per centimetro del circuito stampato a onde millimetriche di alta-qualità può essere controllata entro 0,5 dB, garantendo che il segnale possa mantenere una potenza sufficiente dopo l'amplificazione multi-fase e la conversione di frequenza, soddisfacendo i requisiti di copertura a corto raggio-per interni ed esterni.
Caratteristiche stabili ad alta-frequenza: i segnali a onde millimetriche sono estremamente sensibili ai cambiamenti nei parametri fisici del circuito stampato e le fluttuazioni della temperatura e dell'umidità ambientale possono causare spostamenti della costante dielettrica, influenzando così la stabilità della trasmissione del segnale. Pertanto, la scheda PCB della piccola stazione base a onde millimetriche deve utilizzare un substrato con un elevato coefficiente di espansione termica e un adattamento della lamina di rame, e il tasso di variazione della costante dielettrica deve essere controllato entro ± 2% nell'intervallo di temperatura di lavoro compreso tra -40 gradi e 85 gradi. Questa stabilità garantisce che la stazione base possa mantenere una qualità di trasmissione e ricezione stabile del segnale anche in sale computer ad alta temperatura in estate o in ambienti esterni in inverno, evitando interruzioni di comunicazione causate dalla deriva caratteristica del materiale.
Efficiente capacità di dissipazione del calore: i componenti principali come amplificatori di potenza e mixer nelle piccole stazioni base a onde millimetriche generano una grande quantità di calore durante il funzionamento e la trasmissione del segnale ad alta-frequenza è particolarmente sensibile alle variazioni di temperatura. PCB ottimizza la distribuzione degli strati di rame, predispone un'ampia-area di messa a terra in rame e canali di dissipazione del calore dedicati e conduce rapidamente il calore generato durante il funzionamento del dispositivo alle alette di dissipazione del calore dell'alloggiamento della stazione base. In condizioni di lavoro tipiche, la conduttività termica del PCB deve raggiungere 1,5 W/(m · K) o superiore, garantendo che la temperatura di giunzione dei dispositivi di potenza sia controllata al di sotto di 125 gradi per evitare degrado delle prestazioni o danni al dispositivo causati dal surriscaldamento.
Funzionalità anti-interferenza elettromagnetica: la stazione base a onde millimetriche ha uno spazio interno compatto, con componenti come moduli ricetrasmettitori di segnale multi-canale e moduli di alimentazione densamente disposti, che la rendono altamente suscettibile alle interferenze elettromagnetiche. Adottando una struttura di schermatura multi-strato, il PCB separa rigorosamente lo strato del segnale RF, lo strato di controllo digitale e lo strato di alimentazione. Allo stesso tempo, strisce di schermatura di messa a terra vengono installate accanto ai circuiti critici per sopprimere le interferenze elettromagnetiche inferiori a -80 dB. Questo design può evitare efficacemente la diafonia del segnale tra diversi moduli, garantire che i segnali delle onde millimetriche possano mantenere forme d'onda pure in ambienti elettromagnetici complessi e migliorare la sensibilità di ricezione delle stazioni base.
2, Innovazione nei processi di produzione per affrontare le sfide dell'alta frequenza
Formatura di circuiti ad alta precisione: la lunghezza d'onda dei segnali a onde millimetriche è estremamente breve, ad esempio circa 10,7 millimetri nella banda di frequenza di 28 GHz. La deviazione delle dimensioni del circuito sulla scheda PCB può causare problemi come la riflessione del segnale e l'aumento del rapporto delle onde stazionarie. Utilizzando la tecnologia di imaging laser diretto, la precisione della larghezza della linea può essere controllata entro ± 0,01 mm, la rugosità del bordo della linea è inferiore a 1 μm e la precisione dell'impedenza caratteristica di 50 Ω può essere controllata entro ± 5%. Questa linea ad alta-precisione può ridurre i transitori di impedenza durante la trasmissione del segnale, abbassare il rapporto delle onde stazionarie (VSWR) e aumentare l'efficienza di trasmissione della potenza della stazione base fino a oltre l'80%.
Tecnologia di elaborazione micro via: per ottenere la connessione del segnale interstrato del circuito stampato multi-strato ed evitare l'interferenza dei via sui segnali ad alta- frequenza, il circuito stampato della piccola stazione base a onde millimetriche spesso adotta il design micro via. I fori ciechi con un diametro inferiore a 0,1 mm elaborati mediante la tecnologia di perforazione laser hanno pareti lisce e prive di bave, che possono ridurre la perdita di riflessione del segnale nel foro passante-. La galvanica a foro passante adotta un processo di placcatura in rame altamente disperso per garantire uno spessore uniforme dello strato di rame sulla parete del foro (deviazione inferiore o uguale al 10%), garantire la conduttività e la resistenza meccanica delle connessioni interstrato ed evitare l'interruzione del canale causata da un guasto.
Ottimizzazione del processo di trattamento superficiale: l'interfaccia RF e i pad del dispositivo del circuito stampato a onde millimetriche devono avere una buona conduttività e resistenza all'ossidazione per ridurre la perdita di segnale nei punti di connessione. Adottando il processo di placcatura in oro nichelato per elettrolisi, lo spessore dello strato d'oro è controllato a 0,1 μm o più e lo spessore dello strato di nichel è controllato a 5 μm o più, il che garantisce l'affidabilità del giunto di saldatura e riduce la resistenza di contatto all'interfaccia. Questo metodo di trattamento superficiale può ridurre al minimo la discontinuità di impedenza nel punto di saldatura tra il connettore RF e il circuito stampato, garantendo che la perdita di riflessione del segnale sull'interfaccia sia inferiore a -20 dB.
3, sostenere il valore applicativo di diversi scenari
Copertura degli edifici urbani: in edifici di grandi dimensioni come edifici per uffici e centri commerciali, i segnali a onde millimetriche delle tradizionali stazioni base macro hanno difficoltà a penetrare nei muri. La piccola stazione base a onde millimetriche distribuita nei corridoi e nei soffitti garantisce una copertura stabile del segnale entro un raggio di 50 metri in ambienti chiusi grazie alle caratteristiche di bassa perdita della scheda elettronica interna, supportando l'accesso ad alta-velocità per centinaia di terminali per metro quadrato. In tali scenari, la capacità anti-interferenza del circuito stampato è particolarmente importante, poiché può evitare l'impatto del rumore elettromagnetico generato da apparecchiature come ascensori e aria condizionata centralizzata sui segnali, garantendo un'esperienza fluida per applicazioni come videoconferenze in ufficio e navigazione AR.
Parco di produzione industriale: l'Internet industriale ha un urgente bisogno di un'elevata larghezza di banda e di un basso ritardo delle onde millimetriche. Piccole stazioni base a onde millimetriche svolgono attività quali la trasmissione di dati in tempo reale-delle apparecchiature e la trasmissione di immagini ad alta-definizione della visione artificiale in scene di produzione intelligente. Le caratteristiche stabili di alta-frequenza del suo PCB possono garantire una velocità di trasmissione di oltre 10 Gbps in un forte ambiente elettromagnetico in cui più macchine utensili lavorano contemporaneamente in officina, soddisfacendo i requisiti di risposta a livello di microsecondi per le istruzioni di controllo dei robot industriali. Allo stesso tempo, la resistenza alle alte temperature del PCB gli consente di adattarsi all'ambiente di lavoro-tutto l'anno con temperature superiori a 35 gradi in officina, riducendo la frequenza di manutenzione delle apparecchiature causata dalle alte temperature.
Scenario hub di trasporto: in aree densamente popolate come i terminal aeroportuali e le stazioni ferroviarie ad alta- velocità, le piccole stazioni base a onde millimetriche devono far fronte a improvvise e massicce richieste di connettività. L'efficiente design di dissipazione del calore del PCB garantisce che gli amplificatori di potenza e altri componenti possano continuare a funzionare stabilmente mentre la stazione base fornisce servizi di rete ad alta-velocità a migliaia di passeggeri contemporaneamente, evitando il degrado della larghezza di banda causato dal surriscaldamento. Il suo design compatto consente inoltre di installare in modo flessibile le stazioni base in spazi ristretti come colonne e soffitti, formando una copertura continua attraverso una distribuzione densa e risolvendo il problema di congestione delle reti tradizionali in aree affollate.
Applicazioni per luoghi intelligenti: luoghi di grandi dimensioni come impianti sportivi e sale da concerto hanno registrato un aumento della richiesta di larghezza di banda per streaming live di video ad alta definizione, interazione AR con il pubblico e altri servizi durante gli eventi. La capacità di trasmissione a bassa perdita del PCB della piccola stazione base a onde millimetriche può supportare una velocità di picco di oltre 1 Gbps per una singola stazione base, soddisfacendo le esigenze di migliaia di spettatori che caricano video 4K contemporaneamente. Allo stesso tempo, le prestazioni stabili del PCB assicurano che il tasso di errore in bit della trasmissione e della ricezione del segnale sia controllato al di sotto di 10 ^ -6 quando un gran numero di dispositivi wireless sono collegati simultaneamente alla stazione base, garantendo la fluidità delle immagini trasmesse dal vivo e delle istruzioni interattive in tempo reale.