Mobil operatörler, 5G ağına sahip ilk şirket olmak için yarışırken, 5G bağlantısının benimsenmesi ve uygulanması süreci devam ediyor. 5G’nin temel unsurları arasında düşük gecikme süresi, yüksek bant genişliği ve yüksek hücre yoğunluğu yer alıyor. Bu üç özellik, operatörlerin ağlarında daha yoğun antenleri ve milimetre dalga frekanslarını destekleyen yeni teknolojileri benimsemelerini gerektiriyor. Bu yeni teknolojiler, “5G uyumlu” veya “5G özellikli” olarak adlandırılıyor. Bu makalede, bir PCB'yi 5G PCB yapan unsurlar, 5G PCB tasarımı için çeşitli yöntemler, bu kartların üreticileri için sonuçları ve 5G PCB üretiminin başlamasına nasıl hazırlanabileceğiniz ele alınacaktır.
5G teknolojisi nedir?
5G teknolojisi, henüz şekillenmeye başlayan çok çeşitli heyecan verici yeni ürün ve sektörlerin temel itici gücüdür. Otonom araçlardan Nesnelerin İnternetine, finans, sağlık ve diğer kritik altyapılar için ultra düşük gecikmeli ağlara kadar pek çok umut ve fırsat bulunmaktadır.
Öncelikle, 5G bir ürün değildir. Rafta duran ve istediğiniz sonuçları elde etmek için fişe takabileceğiniz tek bir teknoloji veya ürün değildir. Aksine, 5G, dünyanın kablosuz ağlarına güç veren mobil telekomünikasyon standardındaki bir yükseltmeyi ifade eden genel bir kavramdır. Yükseltmenin nedeni basittir: kablosuz ağlar giderek daha kalabalık hale gelmektedir. Her yıl, giderek daha fazla insan akıllı telefon sahibi oluyor ve internete erişmek için mobil veri kullanıyor. Bu durum, kablosuz iletişim operatörleri için daha fazla müşteri anlamına geliyor, ancak aynı zamanda ağlarına daha fazla yük getiriyor.
5G İletişim Protokolleri
5G'nin hayata geçirilmesini etkileyecek temel faktörlerden biri iletişim protokolüdür. 5G, birkaç iletişim protokolüne dayanacaktır; New Radio (NR) da bunlardan biridir. NR, 5G için gerekli olan düşük gecikme süresi, yüksek bant genişliği ve yüksek hücre yoğunluğunu sağlayacak 5G standardıdır.
Diğer önemli iletişim protokolleri şunlardır
:- SC-FDMA (tek taşıyıcı frekans bölmeli çoklu erişim)
– OFDM (ortogonal frekans bölmeli çoklama)
– MIMO (çoklu giriş, çoklu çıkış)
Bu iletişim protokolleri, daha düşük gecikme süresi, daha yüksek bant genişliği ve daha yüksek hücre yoğunluğu sağlayan daha yüksek frekansları kullanır. Ayrıca sinyalleri odaklamak için Beamforming teknolojisini de kullanırlar. Bu, hem ticari binalarda hem de evlerde iç mekan kapsama alanı için kritik bir özelliktir.
5G Üretimi Neden Önemlidir?
PCB gibi kritik bileşenlerin üreticileri, 5G için kullanılan daha yüksek frekansları desteklemek üzere faaliyetlerini uyarlamak zorunda kalacaklar. Bu frekanslar, 4G ve hatta LTE ağları için kullanılan aralığın çok ötesinde. Örneğin, tipik LTE antenleri 700 MHz aralığında çalışır. 5G için ilk standartlar, 28 GHz ve 39 GHz aralığında frekanslar belirlemiştir. Bu, frekansın neredeyse dört katına çıkması anlamına gelir. Daha da kötüsü, 5G antenleri tipik LTE antenlerinden çok daha küçük olacaktır. Bu da, daha az verimli olacakları ve kart üzerinde daha fazla yer kaplayacakları anlamına gelir. Ve bu da, kartlara yerleştirilecek bileşenlerin de daha küçük olması gerektiği anlamına gelir.
5G PCB Üretiminin Etkileri
5G PCB üretiminin getirdiği sonuçlardan biri, üreticilerin daha kısa yol uzunluklarına ve daha dar baskılı devre kartı (PCB) yol genişliklerine geçmelerini gerektireceğidir. Bütün bunlar, daha yüksek frekansları ve daha küçük antenleri desteklemek içindir. Durumu daha da zorlaştıran ise, daha küçük antenlerin PCB kartı üretim sürecinde daha az tolerans bırakacak olmasıdır.
Bu, kartlar arasında daha küçük farklılıklar olacağı anlamına gelir. Ancak daha düşük frekanslara geçiş, PCB üreticileri için çeşitli sonuçlar doğuracaktır. Daha yüksek frekansları işleyebilmek için mevcut ekipmanlarını değiştirmek zorunda kalacaklardır. Daha da önemlisi, mevcut ekipman bu geçişi gerçekleştiremeyebilir. Mevcut ekipmanların bir kısmının 5G PCB üretimini destekleyecek şekilde geçiş yapamayacağı neredeyse kesindir.
5G PCB'si Nasıl Tasarlanır?
5G PCB tasarımı yaparken ilk adım, çalışma frekansını ve bunun kart düzenini nasıl etkileyeceğini anlamaktır. Ardından uygun kart tasarım kurallarını seçebilirsiniz. Örneğin, 28 GHz frekansları için bir kart tasarlıyorsanız, düzgün çalışan bir tasarım elde etmek için milimetre dalga kart tasarım kuralı parametrelerini kullanmanız gerekecektir.
Bir sonraki adım, iletim hattı türlerini seçmektir. 5G, daha yüksek frekansları desteklemek için daha geniş izler gerektirecektir. Geniş izler ise EMI'ye daha duyarlıdır. Bu nedenle, mikroşerit gibi daha düşük empedanslı iletim hatlarını kullanmak isteyeceksiniz. Son olarak, uygun empedansa ve kalınlığa sahip malzemeleri seçtiğinizden emin olmalısınız. Örneğin, 6 mil bakır çoğu 5G kartı için en iyi seçim olacaktır.
Milimetre Dalga PCB Tasarım Kurallarının Temelleri
Bir milimetre dalga (mmWave) sistemi için baskılı devre kartı (PCB) tasarlarken akılda tutulması gereken birkaç temel tasarım kuralı vardır.
- İlk olarak, iz genişlikleri ve izler arasındaki boşluklar, daha düşük frekanslı sistemler için tipik olarak kullanılanlardan çok daha küçük olmalıdır. Bu, sinyal zayıflamasını ve yansımaları önlemek için gereklidir.
- İkinci olarak, sinyal kaybını en aza indirmek için PCB malzemesinin dielektrik sabiti mümkün olduğunca düşük olmalıdır.
- Son olarak, sinyal parazit riski azaltmak için PCB mümkün olduğunca az katmanlı olarak tasarlanmalıdır.
5G PCB Üretimindeki Zorluklar
5G PCB'lerin tasarımı ve üretiminde çeşitli zorluklar bulunmaktadır. Bu zorluklardan biri, çoğu standart tasarım aracının 5G frekanslarını desteklememesidir. 5G yepyeni bir standarttır. Dolayısıyla, 28 GHz ve üzeri frekanslarda çalışan tasarımcılar ve mühendisler, kelimenin tam anlamıyla yeni bir teknoloji tasarlamaktadır. Bu da, 5G PCB tasarımı için kullanılabilecek çok fazla standart tasarım aracı olmayacağı anlamına gelmektedir.
Mühendisler, bilgisayar destekli tasarım (CAD) araçları, simülasyon araçları ve diğer tasarım araçlarının bir kombinasyonunu kullanmak zorunda kalacaklar. Bir diğer zorluk ise yüksek frekanslarda ortaya çıkan yüksek gürültü seviyesi olacaktır. Bu, tasarımcıların mikroşerit gibi düşük empedanslı iletim hatları kullanmak zorunda kalacakları anlamına gelir. Ancak tasarımcılar, kaplamalı delikler ve diğer yüksek yoğunluklu bileşenler konusunda da dikkatli olmak zorunda kalacaklar.
