Khi mạng 5G mở rộng đến các khu vực có mật độ dân cư đông đúc như các tòa nhà đô thị và khu công nghiệp, sự mâu thuẫn giữa tiềm năng băng thông cao của dải tần sóng milimet và khả năng phủ sóng tín hiệu dần trở nên rõ ràng. Là thiết bị quan trọng để giải quyết vấn đề này, các trạm gốc sóng milimet nhỏ có pcb bên trong chịu trách nhiệm về các chức năng cốt lõi như truyền và nhận tín hiệu, khuếch đại công suất và xử lý chuyển đổi tần số. Chính “trung tâm thần kinh” quyết định hiệu quả hoạt động của trạm gốc. Pcb này được thiết kế đặc biệt cho dải tần số sóng milimet có các yêu cầu đặc biệt về lựa chọn vật liệu, độ chính xác của quy trình và hiệu suất, khiến nó trở thành một hỗ trợ quan trọng để thúc đẩy việc cải tiến vùng phủ sóng mạng 5G.
1, Yêu cầu về hiệu suất cốt lõi để thích ứng với đặc tính sóng milimet
Suy hao truyền cực thấp: Tín hiệu ở dải tần sóng milimet (thường trên 24GHz) suy giảm cực kỳ nhanh trong quá trình truyền, điều này đòi hỏi bảng mạch in phải có đặc tính điện môi tuyệt vời. Sử dụng các vật liệu đặc biệt có hằng số điện môi thấp, chẳng hạn như giá trị Dk dưới 3,0 và tổn thất điện môi thấp, chẳng hạn như giá trị Df dưới 0,002, chẳng hạn như vật liệu composite polytetrafluoroethylene và gốm sứ, có thể làm giảm hiệu quả sự mất tín hiệu truyền trong mạch pcb. Ở dải tần 28GHz, suy hao truyền trên mỗi cm của bảng mạch in sóng milimet chất lượng cao có thể được kiểm soát trong phạm vi 0,5dB, đảm bảo tín hiệu có thể duy trì đủ cường độ sau khi khuếch đại nhiều tầng và chuyển đổi tần số, đáp ứng các yêu cầu về phạm vi phủ sóng ngắn{9}}trong nhà và ngoài trời.
Đặc tính tần số cao{0}}ổn định: Tín hiệu sóng milimet cực kỳ nhạy cảm với những thay đổi trong thông số vật lý của bảng mạch in và sự biến động về nhiệt độ và độ ẩm môi trường có thể gây ra sự thay đổi hằng số điện môi, do đó ảnh hưởng đến độ ổn định của việc truyền tín hiệu. Do đó, pcb trạm gốc sóng milimet nhỏ cần sử dụng chất nền có hệ số giãn nở nhiệt cao và phù hợp với lá đồng, đồng thời tốc độ thay đổi hằng số điện môi phải được kiểm soát trong phạm vi ± 2% trong phạm vi nhiệt độ làm việc từ -40 độ đến 85 độ. Sự ổn định này đảm bảo rằng trạm gốc có thể duy trì chất lượng truyền và nhận tín hiệu ổn định ngay cả trong phòng máy tính có nhiệt độ cao vào mùa hè hoặc môi trường ngoài trời vào mùa đông, tránh gián đoạn liên lạc do lệch đặc tính vật liệu.
Khả năng tản nhiệt hiệu quả: Các thành phần cốt lõi như bộ khuếch đại công suất và bộ trộn trong các trạm gốc sóng milimet tạo ra một lượng nhiệt lớn trong quá trình hoạt động và việc truyền tín hiệu tần số cao đặc biệt nhạy cảm với những thay đổi về nhiệt độ. pcb tối ưu hóa việc phân bổ các lớp đồng, thiết lập-lớp vỏ đồng nối đất diện tích lớn và các kênh tản nhiệt chuyên dụng, đồng thời nhanh chóng dẫn nhiệt sinh ra trong quá trình vận hành thiết bị đến các lá tản nhiệt của vỏ trạm gốc. Trong điều kiện làm việc thông thường, độ dẫn nhiệt của pcb cần đạt 1,5W/(m · K) trở lên, đảm bảo nhiệt độ tiếp giáp của các thiết bị nguồn được kiểm soát dưới 125 độ để tránh suy giảm hiệu suất hoặc hư hỏng thiết bị do quá nhiệt.
Khả năng chống nhiễu điện từ: Trạm gốc sóng milimet có không gian bên trong nhỏ gọn, với các bộ phận như mô-đun thu phát tín hiệu đa kênh và mô-đun nguồn được bố trí dày đặc nên rất dễ bị nhiễu điện từ. Bằng cách sử dụng cấu trúc che chắn nhiều{2}}lớp, pcb tách biệt hoàn toàn lớp tín hiệu RF, lớp điều khiển kỹ thuật số và lớp nguồn. Đồng thời, các dải chắn đất được bố trí cạnh các mạch quan trọng nhằm triệt tiêu nhiễu điện từ dưới -80dB. Thiết kế này có thể tránh nhiễu xuyên âm tín hiệu giữa các mô-đun khác nhau một cách hiệu quả, đảm bảo tín hiệu sóng milimet có thể duy trì dạng sóng thuần túy trong môi trường điện từ phức tạp và cải thiện độ nhạy thu của trạm gốc.
2, Đột phá trong quy trình sản xuất để giải quyết các thách thức tần suất cao
Hình thành mạch có độ chính xác cao: Bước sóng của tín hiệu sóng milimet cực ngắn, chẳng hạn như khoảng 10,7 mm ở dải tần 28GHz. Độ lệch kích thước của mạch trên pcb có thể gây ra các vấn đề như phản xạ tín hiệu và tăng tỷ lệ sóng đứng. Bằng cách sử dụng công nghệ hình ảnh trực tiếp bằng laser, độ chính xác của độ rộng đường có thể được kiểm soát trong khoảng ± 0,01mm, độ nhám của cạnh đường nhỏ hơn 1 μ m và độ chính xác của trở kháng đặc tính 50 Ω có thể được kiểm soát trong khoảng ± 5%. Đường dây có độ chính xác cao-này có thể giảm hiện tượng chuyển tiếp trở kháng trong quá trình truyền tín hiệu, giảm tỷ lệ sóng đứng (VSWR) và tăng hiệu suất truyền tải điện của trạm gốc lên hơn 80%.
Công nghệ xử lý vi mô: Để đạt được kết nối tín hiệu giữa các lớp của bảng mạch in nhiều lớp và tránh nhiễu vias trên các tín hiệu tần số cao, bảng mạch in trạm gốc sóng milimet nhỏ thường áp dụng vi mô thông qua thiết kế. Các lỗ mù có đường kính dưới 0,1mm được xử lý bằng công nghệ khoan laze có thành lỗ nhẵn và không có gờ, có thể làm giảm hiện tượng mất phản xạ tín hiệu ở lỗ-xuyên qua. Mạ điện thông qua lỗ áp dụng quy trình mạ đồng có độ phân tán cao để đảm bảo độ dày đồng đều của lớp đồng trên thành lỗ (độ lệch nhỏ hơn hoặc bằng 10%), đảm bảo độ dẫn điện và độ bền cơ học của các kết nối giữa các lớp và tránh gián đoạn kênh do hỏng hóc.
Tối ưu hóa quy trình xử lý bề mặt: Giao diện RF và các miếng đệm thiết bị của bảng mạch in sóng milimet cần có độ dẫn điện và khả năng chống oxy hóa tốt để giảm hiện tượng mất tín hiệu tại các điểm kết nối. Áp dụng quy trình mạ vàng niken điện phân, độ dày của lớp vàng được kiểm soát ở mức 0,1 μ m trở lên và độ dày của lớp niken được kiểm soát ở mức 5 μ m trở lên, đảm bảo độ tin cậy của mối hàn và giảm điện trở tiếp xúc ở giao diện. Phương pháp xử lý bề mặt này có thể giảm thiểu sự gián đoạn trở kháng tại điểm hàn giữa đầu nối RF và pcb, đảm bảo độ suy hao phản xạ của tín hiệu tại giao diện nhỏ hơn -20dB.
3, Hỗ trợ giá trị ứng dụng của các kịch bản đa dạng
Vùng phủ sóng tòa nhà đô thị: Trong các tòa nhà lớn như tòa nhà văn phòng và trung tâm mua sắm, tín hiệu sóng milimet của trạm gốc vĩ mô truyền thống rất khó xuyên qua các bức tường. Trạm cơ sở sóng milimet nhỏ được triển khai ở hành lang và trần nhà đảm bảo vùng phủ sóng tín hiệu ổn định trong bán kính 50 mét trong nhà nhờ đặc tính suy hao thấp của pcb bên trong, hỗ trợ truy cập tốc độ cao cho hàng trăm thiết bị đầu cuối trên một mét vuông. Trong những trường hợp như vậy, khả năng chống-nhiễu của bảng mạch in đặc biệt quan trọng vì nó có thể tránh tác động của nhiễu điện từ do thiết bị như thang máy và điều hòa trung tâm tạo ra lên tín hiệu, đảm bảo trải nghiệm mượt mà cho các ứng dụng như hội nghị truyền hình văn phòng và điều hướng AR.
Khu sản xuất công nghiệp: Internet công nghiệp có nhu cầu cấp thiết về băng thông cao và độ trễ sóng milimet thấp. Các trạm cơ sở nhỏ sóng milimet đảm nhận các nhiệm vụ như truyền dữ liệu-thời gian thực của thiết bị, truyền hình ảnh độ phân giải cao-của thị giác máy trong các bối cảnh sản xuất thông minh. Đặc tính tần số cao{4}}ổn định của pcb có thể đảm bảo tốc độ truyền trên 10Gbps trong môi trường điện từ mạnh nơi nhiều máy công cụ hoạt động đồng thời trong xưởng, đáp ứng yêu cầu phản hồi ở mức micro giây cho các hướng dẫn điều khiển robot công nghiệp. Đồng thời, khả năng chịu nhiệt độ cao của pcb giúp nó thích ứng với môi trường làm việc quanh năm trên 35 độ trong xưởng, giảm tần suất bảo trì thiết bị do nhiệt độ cao.
Kịch bản trung tâm giao thông: Ở các khu vực đông dân cư như nhà ga sân bay và ga đường sắt{0}tốc độ cao, các trạm cơ sở sóng milimet nhỏ cần phải đáp ứng nhu cầu kết nối lớn đột ngột. Thiết kế tản nhiệt hiệu quả của pcb đảm bảo rằng bộ khuếch đại công suất và các bộ phận khác vẫn có thể hoạt động ổn định trong khi trạm gốc cung cấp dịch vụ mạng tốc độ cao-cho hàng nghìn hành khách cùng lúc, tránh suy giảm băng thông do quá nhiệt. Thiết kế bố trí nhỏ gọn của nó cũng cho phép các trạm gốc được lắp đặt linh hoạt trong không gian hẹp như cột và trần nhà, hình thành vùng phủ sóng liền mạch thông qua việc triển khai dày đặc và giải quyết vấn đề tắc nghẽn của mạng truyền thống ở các khu vực đông đúc.
Ứng dụng địa điểm thông minh: Các địa điểm lớn như địa điểm thể thao và phòng hòa nhạc đã chứng kiến nhu cầu băng thông tăng cao để phát trực tiếp-video độ phân giải cao, tương tác AR với khán giả và các dịch vụ khác trong các sự kiện. Khả năng truyền dẫn tổn thất thấp của pcb trạm gốc sóng milimet nhỏ có thể hỗ trợ tốc độ cao nhất trên 1Gbps cho một trạm gốc, đáp ứng nhu cầu của hàng nghìn người xem tải lên video 4K cùng lúc. Đồng thời, hiệu suất ổn định của pcb đảm bảo tốc độ lỗi bit khi truyền và nhận tín hiệu được kiểm soát dưới 10 ^ -6 khi một số lượng lớn thiết bị không dây được kết nối đồng thời với trạm gốc, đảm bảo độ mượt mà của hình ảnh phát sóng trực tiếp và hướng dẫn tương tác theo thời gian thực.