Внедрение и реализация 5G-связи уже начались, поскольку мобильные операторы стремятся стать первыми компаниями с 5G-сетью. Ключевыми факторами, способствующими развитию 5G, являются низкая задержка, высокая пропускная способность и высокая плотность ячеек. Эти три возможности требуют от операторов внедрения новых технологий, которые поддерживают более плотные антенны и миллиметровые волны в их сетях. Эти новые технологии называются «5G-ready» или «5G-capable». В этой статье мы рассмотрим, что делает печатную плату 5G-платой, различные методы проектирования 5G-платы, последствия для производителей этих плат и то, как вы можете подготовиться к появлению производства 5G-плат.
Что такое технология 5G?
Технология 5G является ключевым фактором для появления широкого спектра новых интересных продуктов и отраслей, которые только начинают формироваться. От автономных транспортных средств до Интернета вещей, сетей с ультранизкой задержкой для финансов, здравоохранения и другой критически важной инфраструктуры — здесь есть много перспектив и возможностей.
Во-первых, 5G — это не продукт. Это не отдельная технология или продукт, который можно положить на полку, а затем подключить, чтобы получить желаемый результат. Скорее, 5G — это общая концепция, которая означает обновление стандарта мобильной связи, лежащего в основе беспроводных сетей по всему миру. Причина обновления проста: беспроводные сети становятся все более перегруженными. С каждым годом все больше людей приобретают смартфоны и используют мобильные данные для доступа в Интернет. Это приводит к увеличению числа клиентов операторов беспроводной связи, но также и к увеличению нагрузки на их сети.
Протоколы связи 5G
Одним из ключевых факторов, которые повлияют на внедрение 5G, является протокол связи. 5G будет опираться на несколько протоколов связи, одним из которых является New Radio (NR). NR — это стандарт 5G, который обеспечит низкую задержку, высокую пропускную способность и высокую плотность ячеек, необходимые для 5G.
Другие ключевые протоколы связи включают
:- SC-FDMA (многоканальный доступ с частотным разделением на одной несущей)
— OFDM (ортогональное частотное разделение каналов)
— MIMO (многоканальный вход, многоканальный выход)
Эти протоколы связи используют более высокие частоты, что позволяет обеспечить более низкую задержку, более высокую пропускную способность и более высокую плотность ячеек. Они также используют формирование луча для фокусировки сигналов. Это критически важная функция для покрытия внутри помещений как в коммерческих зданиях, так и в жилых домах.
Почему производство 5G так важно?
Производители критически важных компонентов, таких как печатные платы, должны будут адаптировать свою деятельность для поддержки более высоких частот, используемых в сетях 5G. Эти частоты значительно выходят за пределы диапазона, используемого в сетях 4G и даже LTE. Например, типичные антенны LTE работают в диапазоне 700 МГц. Первоначальные стандарты для 5G определили частоты в диапазоне 28 ГГц и 39 ГГц. Это почти четырехкратное увеличение частоты. Усугубляет ситуацию то, что антенны 5G будут намного меньше типичных антенн LTE. Это означает, что они будут менее эффективны и займут больше места на плате. А это значит, что компоненты, которые устанавливаются на платы, тоже должны быть меньше.
Последствия производства печатных плат 5G
Одним из последствий производства печатных плат 5G является то, что производителям придется перейти на более короткие длины дорожек и меньшую ширину дорожек печатных плат (PCB). Все это необходимо для поддержки более высоких частот и меньших антенн. Что еще хуже, меньшие антенны позволят меньшую погрешность в процессе изготовления печатных плат.
Это означает меньшие отклонения от платы к плате. Но переход на более низкие частоты будет иметь ряд последствий для производителей печатных плат. Им придется изменить свое существующее оборудование, чтобы обрабатывать более высокие частоты. Что еще более важно, существующее оборудование может оказаться неспособным к такому переходу. Почти наверняка часть существующего оборудования не сможет перейти на поддержку производства печатных плат 5G.
Как спроектировать печатную плату 5G?
Первым шагом при проектировании печатной платы 5G является понимание рабочей частоты и того, как она повлияет на компоновку платы. Затем можно выбрать соответствующие правила проектирования платы. Например, если вы создаете плату для частот 28 ГГц, вам нужно использовать параметры правил проектирования платы для миллиметровых волн, чтобы получить рабочий проект.
Следующим шагом является выбор типов линий передачи. 5G потребует более широких дорожек для поддержки более высоких частот. А широкие дорожки более подвержены электромагнитным помехам. Поэтому вам понадобятся линии передачи с более низким импедансом, такие как микрополосковые. Наконец, вам нужно убедиться, что вы выбрали материалы с подходящим импедансом и толщиной. Например, медь толщиной 6 мил будет лучшим выбором для большинства плат 5G.
Основы правил проектирования печатных плат для миллиметрового диапазона волн
При проектировании печатной платы (PCB) для системы миллиметрового диапазона (mmWave) необходимо учитывать несколько основных правил проектирования.
- Во-первых, ширина дорожек и расстояние между ними должны быть значительно меньше, чем обычно используется в системах с более низкой частотой. Это необходимо для предотвращения затухания и отражения сигнала.
- Во-вторых, диэлектрическая проницаемость материала PCB должна быть как можно ниже, чтобы минимизировать потери сигнала.
- Наконец, печатная плата должна быть спроектирована с минимальным количеством слоев, чтобы снизить риск перекрестных помех сигнала.
Проблемы производства печатных плат для 5G
При проектировании и производстве печатных плат 5G возникает ряд сложностей. Одна из них заключается в том, что большинство стандартных инструментов проектирования не поддерживают частоты 5G. 5G — это совершенно новый стандарт. Поэтому дизайнеры и инженеры, работающие на частотах 28 ГГц и выше, буквально создают новую технологию. А это означает, что для проектирования печатных плат 5G не будет доступно много стандартных инструментов проектирования.
Инженерам придется использовать комбинацию инструментов автоматизированного проектирования (CAD), инструментов моделирования и других инструментов проектирования. Еще одной проблемой будет высокий уровень шума на более высоких частотах. Это означает, что проектировщикам придется использовать низкоимпедансные линии передачи, такие как микрополосковые. Но проектировщикам также придется быть осторожными с металлизированными сквозными отверстиями и другими компонентами высокой плотности.
