A medida que las redes 5G se extienden a escenarios densamente poblados, como edificios urbanos y parques industriales, la contradicción entre el alto potencial de ancho de banda de las bandas de frecuencia de ondas milimétricas y las capacidades de cobertura de la señal gradualmente se vuelve evidente. Como dispositivo clave para resolver este problema, las pequeñas estaciones base de ondas milimétricas tienen su PCB interna responsable de funciones básicas como la transmisión y recepción de señales, la amplificación de potencia y el procesamiento de conversión de frecuencia. Es el "centro neurálgico" el que determina el rendimiento de la estación base. Esta PCB diseñada específicamente para la banda de frecuencia de ondas milimétricas tiene requisitos especiales de selección de materiales, precisión del proceso y rendimiento, lo que la convierte en un soporte importante para promover el refinamiento de la cobertura de la red 5G.
1. Requisitos básicos de rendimiento para adaptarse a las características de ondas milimétricas.
Pérdida de transmisión ultrabaja: las señales en la banda de frecuencia de onda milimétrica (generalmente por encima de 24 GHz) se atenúan extremadamente rápido durante la transmisión, lo que requiere que la placa de circuito impreso tenga excelentes propiedades dieléctricas. El uso de materiales especiales con constantes dieléctricas bajas, como valores Dk inferiores a 3,0 y pérdidas dieléctricas bajas, como valores Df inferiores a 0,002, como politetrafluoroetileno modificado y materiales compuestos con relleno cerámico, puede reducir eficazmente la pérdida de transmisión de señales en circuitos de PCB. En la banda de frecuencia de 28 GHz, la pérdida de transmisión por centímetro de una placa de circuito impreso de ondas milimétricas de alta-calidad se puede controlar dentro de 0,5 dB, lo que garantiza que la señal pueda mantener suficiente fuerza después de la amplificación multi-etapa y la conversión de frecuencia, cumpliendo con los requisitos de cobertura de corto-alcance en interiores y exteriores.
Características estables de alta-frecuencia: las señales de ondas milimétricas son extremadamente sensibles a los cambios en los parámetros físicos de la placa de circuito impreso, y las fluctuaciones en la temperatura y la humedad ambientales pueden causar cambios en la constante dieléctrica, afectando así la estabilidad de la transmisión de la señal. Por lo tanto, la PCB de la estación base pequeña de onda milimétrica necesita utilizar un sustrato con un alto coeficiente de expansión térmica y una lámina de cobre compatible, y la tasa de cambio constante dieléctrico debe controlarse dentro de ± 2% dentro del rango de temperatura de trabajo de -40 grados a 85 grados. Esta estabilidad garantiza que la estación base pueda mantener una calidad de transmisión y recepción de señal estable incluso en salas de computadoras con altas temperaturas en verano o en ambientes al aire libre en invierno, evitando interrupciones en la comunicación causadas por la deriva característica del material.
Capacidad de disipación de calor eficiente: los componentes centrales, como los amplificadores de potencia y los mezcladores de las pequeñas estaciones base de ondas milimétricas, generan una gran cantidad de calor durante el funcionamiento, y la transmisión de señales de alta-frecuencia es particularmente sensible a los cambios de temperatura. PCB optimiza la distribución de las capas de cobre, establece-una gran superficie de cobre de conexión a tierra y canales de disipación de calor dedicados, y conduce rápidamente el calor generado durante el funcionamiento del dispositivo a las aletas de disipación de calor de la carcasa de la estación base. En condiciones de trabajo típicas, la conductividad térmica de la PCB debe alcanzar 1,5 W/(m · K) o más, lo que garantiza que la temperatura de unión de los dispositivos de potencia se controle por debajo de 125 grados para evitar la degradación del rendimiento o daños al dispositivo causados por el sobrecalentamiento.
Capacidad antiinterferencias electromagnéticas: la estación base de ondas milimétricas tiene un espacio interno compacto, con componentes como módulos transceptores de señales multi-canales y módulos de potencia densamente dispuestos, lo que la hace altamente susceptible a las interferencias electromagnéticas. Al adoptar una estructura de blindaje multi-capa, la PCB separa estrictamente la capa de señal de RF, la capa de control digital y la capa de energía. Al mismo tiempo, se instalan tiras protectoras de conexión a tierra junto a los circuitos críticos para suprimir las interferencias electromagnéticas por debajo de -80 dB. Este diseño puede evitar eficazmente la diafonía de señales entre diferentes módulos, garantizar que las señales de ondas milimétricas puedan mantener formas de onda puras en entornos electromagnéticos complejos y mejorar la sensibilidad de recepción de las estaciones base.
2, Avance en los procesos de fabricación para abordar los desafíos de alta frecuencia
Formación de circuitos de alta precisión: la longitud de onda de las señales de ondas milimétricas es extremadamente corta, como aproximadamente 10,7 milímetros en la banda de frecuencia de 28 GHz. La desviación de tamaño del circuito en la PCB puede causar problemas como la reflexión de la señal y el aumento de la relación de onda estacionaria. Al utilizar la tecnología de imagen directa por láser, la precisión del ancho de la línea se puede controlar dentro de ± 0,01 mm, la rugosidad del borde de la línea es inferior a 1 μ m y la precisión de la impedancia característica de 50 Ω se puede controlar dentro de ± 5 %. Esta línea de alta-precisión puede reducir los transitorios de impedancia durante la transmisión de la señal, reducir la relación de onda estacionaria (VSWR) y aumentar la eficiencia de transmisión de energía de la estación base a más del 80 %.
Tecnología de procesamiento de microvía: para lograr la conexión de señal entre capas de una placa de circuito impreso de múltiples-capas y evitar la interferencia de las vías en señales de alta-frecuencia, la placa de circuito impreso de estación base pequeña de ondas milimétricas a menudo adopta un diseño de microvía. Los orificios ciegos con un diámetro inferior a 0,1 mm procesados mediante tecnología de perforación láser tienen paredes lisas y sin rebabas, lo que puede reducir la pérdida por reflexión de la señal en el orificio pasante. La galvanoplastia de orificio pasante adopta un proceso de revestimiento de cobre altamente disperso para garantizar un espesor uniforme de la capa de cobre en la pared del orificio (desviación menor o igual al 10%), garantizar la conductividad y resistencia mecánica de las conexiones entre capas y evitar la interrupción del canal causada por fallas de la vía.
Optimización del proceso de tratamiento de superficies: la interfaz de RF y las almohadillas del dispositivo de la placa de circuito impreso de onda milimétrica deben tener buena conductividad y resistencia a la oxidación para reducir la pérdida de señal en los puntos de conexión. Al adoptar el proceso de chapado en oro con níquel no electrolítico, el espesor de la capa de oro se controla a 0,1 μ mo más, y el espesor de la capa de níquel se controla a 5 μ mo más, lo que garantiza la confiabilidad de la unión de soldadura y reduce la resistencia de contacto en la interfaz. Este método de tratamiento de superficie puede minimizar la discontinuidad de impedancia en el punto de soldadura entre el conector de RF y la PCB, asegurando que la pérdida por reflexión de la señal en la interfaz sea inferior a -20 dB.
3, respaldando el valor de la aplicación de diversos escenarios
Cobertura de edificios urbanos: en edificios grandes, como edificios de oficinas y centros comerciales, las señales de ondas milimétricas de las estaciones base macro tradicionales son difíciles de atravesar en las paredes. La pequeña estación base de onda milimétrica desplegada en pasillos y techos garantiza una cobertura de señal estable dentro de un radio de 50 metros en interiores debido a las características de baja pérdida de su PCB interna, lo que permite un acceso de alta-velocidad para cientos de terminales por metro cuadrado. En tales escenarios, la capacidad anti-de la placa de circuito impreso es particularmente importante, ya que puede evitar el impacto del ruido electromagnético generado por equipos como ascensores y aire acondicionado central en las señales, lo que garantiza una experiencia fluida para aplicaciones como videoconferencias de oficina y navegación AR.
Parque de fabricación industrial: Internet industrial tiene una necesidad urgente de un gran ancho de banda y un bajo retardo de onda milimétrica. Las pequeñas estaciones base de ondas milimétricas realizan tareas como la transmisión de datos de equipos en tiempo real-y la transmisión de imágenes de alta-definición de visión artificial en escenas de fabricación inteligentes. Las características estables de alta-frecuencia de su PCB pueden garantizar una velocidad de transmisión de más de 10 Gbps en un entorno electromagnético fuerte donde varias máquinas herramienta trabajan simultáneamente en el taller, cumpliendo con los requisitos de respuesta de nivel de microsegundos para instrucciones de control de robots industriales. Al mismo tiempo, la resistencia a altas temperaturas de la PCB le permite adaptarse al entorno de trabajo-durante todo el año por encima de los 35 grados en el taller, lo que reduce la frecuencia del mantenimiento del equipo causado por las altas temperaturas.
Escenario de centro de transporte: en áreas densamente pobladas, como terminales de aeropuertos y estaciones de ferrocarril de alta-velocidad, las pequeñas estaciones base de ondas milimétricas deben hacer frente a demandas de conectividad masivas y repentinas. El diseño eficiente de disipación de calor de la PCB garantiza que los amplificadores de potencia y otros componentes puedan seguir funcionando de manera estable mientras la estación base proporciona servicios de red de alta-velocidad a miles de pasajeros simultáneamente, evitando la degradación del ancho de banda causada por el sobrecalentamiento. Su diseño compacto también permite que las estaciones base se instalen de manera flexible en espacios estrechos, como columnas y techos, formando una cobertura perfecta mediante un despliegue denso y resolviendo el problema de congestión de las redes tradicionales en áreas concurridas.
Aplicaciones de lugares inteligentes: los lugares grandes, como los deportivos y las salas de conciertos, han experimentado un aumento en la demanda de ancho de banda para la transmisión de video en vivo de alta-definición, la interacción de realidad aumentada con la audiencia y otros servicios durante los eventos. La capacidad de transmisión de baja pérdida de la PCB de estación base pequeña de ondas milimétricas puede admitir una velocidad máxima de más de 1 Gbps para una sola estación base, satisfaciendo las necesidades de miles de espectadores que cargan videos 4K simultáneamente. Al mismo tiempo, el rendimiento estable de la PCB garantiza que la tasa de error de bits de la transmisión y recepción de la señal se controle por debajo de 10 ^ -6 cuando una gran cantidad de dispositivos inalámbricos se conectan simultáneamente a la estación base, lo que garantiza la fluidez de las imágenes transmitidas en vivo y las instrucciones interactivas en tiempo real.