Qu'est-ce que la technologie 5G?
La technologie 5G est le principal facteur d’enabling pour une large gamme de nouveaux produits et industries passionnants qui ne font que commencer à se dessiner. Des véhicules autonomes à l’Internet des objets, en passant par les réseaux à très faible latence pour la finance, la santé et d’autres infrastructures critiques, il y a beaucoup de promesses et d’opportunités.
Premièrement, la 5G n’est pas un produit. Ce n’est pas une technologie ou un produit unique que vous pouvez mettre sur une étagère et ensuite brancher pour obtenir les résultats souhaités. Au contraire, la 5G est un concept global qui fait référence à une mise à niveau du standard de télécommunications mobiles qui alimente les réseaux sans fil du monde. La raison de cette mise à niveau est simple : les réseaux sans fil deviennent de plus en plus encombrés. Chaque année, de plus en plus de personnes obtiennent des smartphones et utilisent les données mobiles pour accéder à Internet. Cela entraîne plus de clients pour les opérateurs de réseaux sans fil, mais aussi une plus forte demande sur leurs réseaux.
Protocoles de communication 5G
L’un des principaux facteurs qui affectera la mise en œuvre de la 5G est le protocole de communication. La 5G s’appuiera sur un certain nombre de protocoles de communication : New Radio (NR) étant l’un d’eux. NR est la norme 5G qui permettra la faible latence, la bande passante élevée et la forte densité de cellules requises pour la 5G.
D’autres protocoles de communication clés comprennent :
– SC-FDMA (accès par répartition fréquentielle à porte unique)
– OFDM (numérisation par répartition fréquentielle orthogonale)
– MIMO (entrée multiple, sortie multiple)
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Ces protocoles de communication utilisent des fréquences plus élevées qui permettent une faible latence, une bande passante plus élevée et une densité de cellules plus élevée. Ils utilisent également la formation de faisceaux pour concentrer les signaux. Il s’agit d’une caractéristique essentielle pour la couverture intérieure dans les bâtiments commerciaux et les foyers.
Pourquoi la fabrication 5G est-elle importante ?
Les fabricants de composants critiques tels que les PCB devront adapter leurs opérations pour prendre en charge les fréquences plus élevées utilisées pour la 5G. Ces fréquences sont bien en dehors de la plage utilisée pour les réseaux 4G et même LTE. Par exemple, les antennes LTE typiques fonctionnent dans la plage de 700 MHz. Les normes initiales pour la 5G ont spécifié des fréquences dans la plage de 28 GHz et 39 GHz. Il s’agit d’une augmentation d’environ quatre fois la fréquence. Pour aggraver la situation, les antennes 5G seront beaucoup plus petites que les antennes LTE typiques. Cela signifie qu’elles seront moins efficaces et utiliseront plus d’espace de carte. Et cela signifie que les composants qui seront placés sur les cartes devront également être plus petits.
Implications de la fabrication de PCB 5G
L’une des implications de la fabrication de PCB 5G est qu’elle exigera des fabricants de passer à des longueurs de pistes plus courtes et à une largeur de piste de circuit imprimé (PCB) plus petite. Tout cela afin de prendre en charge les fréquences plus élevées et les antennes plus petites. Pour aggraver la situation, les antennes plus petites permettront moins de tolérance dans le processus de fabrication de la carte PCB. Cela signifie des variations plus faibles d’une carte à l’autre. Mais la transition vers des fréquences plus basses aura plusieurs implications pour les fabricants de PCB. Ils devront modifier leur équipement existant pour traiter les fréquences plus élevées. Plus important encore, l’équipement existant pourrait ne pas être en mesure de faire la transition pour prendre en charge la fabrication de PCB 5G. Il est presque certain que certains équipements existants ne seront pas en mesure de faire la transition pour prendre en charge la fabrication de PCB 5G.
Comment concevoir un PCB 5G ?
La première étape de la conception d’une carte de circuit imprimé 5G est de comprendre la fréquence de fonctionnement et comment elle affectera la disposition de la carte. Ensuite, vous pouvez sélectionner les règles de conception de carte appropriées. Par exemple, si vous créez une carte pour les fréquences de 28 GHz, vous voudrez utiliser les paramètres de règle de conception de carte à ondes millimétriques pour obtenir un design qui fonctionne.
L’étape suivante consiste à sélectionner les types de lignes de transmission. Le 5G nécessitera des pistes plus larges pour prendre en charge les fréquences plus élevées. Et les pistes larges sont plus susceptibles de EMI. Vous voudrez donc utiliser des lignes de transmission à faible impédance telles que le microstrip. Enfin, vous voudrez vous assurer de sélectionner des matériaux ayant l’impédance et l’épaisseur appropriés. Par exemple, le cuivre de 6 mil sera le meilleur choix pour la plupart des cartes 5G.
Principes de base de la conception de cartes à ondes millimétriques
Il existe quelques règles de conception de base à garder à l’esprit lors de la conception d’une carte de circuit imprimé (PCB) pour un système à ondes millimétriques (mmWave).
- Premièrement, la largeur des pistes et l’espacement entre les pistes doivent être bien plus petits que ce qui est généralement utilisé pour les systèmes à fréquence inférieure. Ceci est nécessaire pour empêcher l’atténuation et les réflexions du signal.
- Deuxièmement, la constante diélectrique du matériau de la carte de circuit imprimé doit être aussi faible que possible pour minimiser les pertes de signal.
- Enfin, la carte de circuit imprimé doit être conçue avec le moins de couches possible pour réduire le risque de croisement de signaux.
Défis de la fabrication de cartes 5G
Il existe plusieurs défis dans la conception et la fabrication des PCB 5G. L’un des défis est que la plupart des outils de conception standard ne prennent pas en charge les fréquences 5G. Le 5G est un nouveau standard. Ainsi, les concepteurs et les ingénieurs qui opèrent à 28 GHz et plus haut conçoivent littéralement une nouvelle technologie. Et cela signifie qu’il n’y aura pas beaucoup d’outils de conception standard disponibles pour concevoir un PCB 5G.
Les ingénieurs devront utiliser une combinaison d’outils de conception assistée par ordinateur (CAO), d’outils de simulation et d’autres outils de conception. Un autre défi sera le niveau élevé de bruit aux fréquences plus élevées. Cela signifie que les concepteurs devront utiliser des lignes de transmission à faible impédance telles que les microstrip. Mais les concepteurs devront également faire attention aux trous de passifage plaqués et aux autres composants à haute densité.
