Penerapan dan implementasi konektivitas 5G sedang berlangsung, seiring dengan persaingan operator seluler untuk menjadi perusahaan pertama yang memiliki jaringan 5G. Faktor kunci yang mendukung 5G adalah latensi rendah, bandwidth tinggi, dan kepadatan sel yang tinggi. Ketiga kemampuan ini mengharuskan operator untuk mengadopsi teknologi baru yang mendukung antena dengan kepadatan lebih tinggi dan frekuensi gelombang milimeter dalam jaringan mereka. Teknologi-teknologi baru tersebutlah yang disebut “siap 5G” atau “mendukung 5G.” Artikel ini akan membahas apa yang membuat PCB menjadi PCB 5G, berbagai metode untuk merancang PCB 5G, implikasinya bagi produsen papan ini, dan bagaimana Anda dapat mempersiapkan diri untuk kedatangan manufaktur PCB 5G.
Apa itu Teknologi 5G?
Teknologi 5G merupakan pendorong utama bagi beragam produk dan industri baru yang menarik, yang baru saja mulai terbentuk. Mulai dari kendaraan otonom hingga Internet of Things, hingga jaringan dengan latensi sangat rendah untuk sektor keuangan, kesehatan, dan infrastruktur kritis lainnya, terdapat banyak potensi dan peluang.
Pertama, 5G bukanlah sebuah produk. Ini bukanlah teknologi atau produk tunggal yang dapat Anda letakkan di rak dan kemudian colokkan untuk mendapatkan hasil yang Anda inginkan. Sebaliknya, 5G adalah konsep menyeluruh yang mengacu pada peningkatan standar telekomunikasi seluler yang mendukung jaringan nirkabel dunia. Alasan peningkatan ini sederhana: jaringan nirkabel semakin padat. Setiap tahun, semakin banyak orang yang memiliki ponsel pintar dan menggunakan data seluler untuk mengakses internet. Hal ini menyebabkan bertambahnya pelanggan operator nirkabel, tetapi juga meningkatnya permintaan terhadap jaringan mereka.
Protokol Komunikasi 5G
Salah satu faktor utama yang akan memengaruhi implementasi 5G adalah protokol komunikasi. 5G akan mengandalkan beberapa protokol komunikasi – salah satunya adalah New Radio (NR). NR adalah standar 5G yang akan memungkinkan latensi rendah, bandwidth tinggi, dan kepadatan sel tinggi yang diperlukan untuk 5G.
Protokol komunikasi utama lainnya meliputi
:- SC-FDMA (single-carrier frequency-division multiple access)
– OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing)
– MIMO (multiple-input, multiple-output) Protokol komunikasi
ini memanfaatkan frekuensi yang lebih tinggi yang memungkinkan latensi lebih rendah, bandwidth lebih tinggi, dan kepadatan sel yang lebih tinggi. Protokol ini juga memanfaatkan Beamforming untuk memfokuskan sinyal. Ini merupakan fitur penting untuk cakupan di dalam ruangan, baik di gedung komersial maupun rumah.
Mengapa Manufaktur 5G Penting?
Produsen komponen penting seperti PCB harus menyesuaikan operasional mereka untuk mendukung frekuensi yang lebih tinggi yang digunakan untuk 5G. Frekuensi-frekuensi tersebut jauh di luar rentang yang digunakan untuk jaringan 4G dan bahkan LTE. Misalnya, antena LTE pada umumnya beroperasi pada rentang 700 MHz. Standar awal untuk 5G telah menetapkan frekuensi dalam rentang 28 GHz dan 39 GHz. Itu berarti peningkatan frekuensi hampir empat kali lipat. Yang memperburuk keadaan, antena 5G akan jauh lebih kecil daripada antena LTE pada umumnya. Itu berarti antena tersebut akan kurang efisien dan menggunakan lebih banyak ruang pada papan. Dan itu berarti komponen yang dipasang pada papan juga harus lebih kecil.
Implikasi dari Manufaktur PCB 5G
Salah satu implikasi dari produksi PCB 5G adalah produsen harus beralih ke panjang jalur yang lebih pendek dan lebar jalur papan sirkuit cetak (PCB) yang lebih kecil. Semua ini dilakukan untuk mendukung frekuensi yang lebih tinggi dan antena yang lebih kecil. Yang memperburuk keadaan, antena yang lebih kecil akan mengurangi toleransi dalam proses pembuatan papan PCB.
Artinya, variasi antar papan harus lebih kecil. Namun, peralihan ke frekuensi yang lebih rendah akan memiliki beberapa implikasi bagi produsen PCB. Mereka harus mengubah peralatan yang ada untuk memproses frekuensi yang lebih tinggi. Lebih penting lagi, peralatan yang ada mungkin tidak mampu melakukan peralihan tersebut. Hampir dapat dipastikan bahwa sebagian peralatan yang ada tidak akan mampu melakukan peralihan untuk mendukung manufaktur PCB 5G.
Bagaimana Cara Mendesain PCB 5G?
Langkah pertama dalam merancang PCB 5G adalah memahami frekuensi operasional dan bagaimana hal itu akan memengaruhi tata letak papan. Setelah itu, Anda dapat memilih aturan desain papan yang sesuai. Misalnya, jika Anda membuat papan untuk frekuensi 28 GHz, Anda perlu menggunakan parameter aturan desain papan gelombang milimeter agar desain yang dihasilkan berfungsi dengan baik.
Langkah selanjutnya adalah memilih jenis jalur transmisi. 5G akan membutuhkan jalur yang lebih lebar untuk mendukung frekuensi yang lebih tinggi. Dan jalur yang lebar lebih rentan terhadap EMI. Jadi, Anda sebaiknya menggunakan jalur transmisi dengan impedansi lebih rendah seperti microstrip. Terakhir, pastikan Anda memilih bahan yang memiliki impedansi dan ketebalan yang sesuai. Misalnya, tembaga 6 mil akan menjadi pilihan terbaik untuk sebagian besar papan 5G.
Dasar-dasar Aturan Desain PCB Gelombang Milimeter
Ada beberapa aturan desain dasar yang perlu diperhatikan saat merancang papan sirkuit cetak (PCB) untuk sistem gelombang milimeter (mmWave).
- Pertama, lebar jalur dan jarak antar jalur harus jauh lebih kecil daripada yang biasanya digunakan untuk sistem frekuensi rendah. Hal ini diperlukan untuk mencegah atenuasi sinyal dan pantulan.
- Kedua, konstanta dielektrik bahan PCB harus serendah mungkin untuk meminimalkan kehilangan sinyal.
- Terakhir, PCB sebaiknya dirancang dengan lapisan sesedikit mungkin untuk mengurangi risiko interferensi sinyal.
Tantangan dalam Pembuatan PCB 5G
Ada beberapa tantangan dalam merancang dan memproduksi PCB 5G. Salah satu tantangannya adalah sebagian besar alat desain standar tidak mendukung frekuensi 5G. 5G adalah standar yang benar-benar baru. Jadi, para perancang dan insinyur yang bekerja pada frekuensi 28 GHz ke atas secara harfiah sedang merancang sebuah teknologi baru. Dan itu berarti tidak akan banyak alat desain standar yang tersedia untuk merancang PCB 5G.
Insinyur harus menggunakan kombinasi alat desain berbantuan komputer (CAD), alat simulasi, dan alat desain lainnya. Tantangan lainnya adalah tingginya tingkat gangguan pada frekuensi yang lebih tinggi. Artinya, para perancang harus menggunakan jalur transmisi impedansi rendah seperti microstrip. Namun, para perancang juga harus berhati-hati terhadap lubang tembus berlapis dan komponen kepadatan tinggi lainnya.
