PCB mmWave e aplicações de alta frequência

Desde o surgimento das aplicações 5G, mmWave tem registado um rápido crescimento em vários mercados comerciais, como radares para automóveis, veículos autónomos, scanners corporais, comunicações por satélite e outros. No entanto, a conceção de circuitos mmWave coloca desafios mais significativos em comparação com outros circuitos RF. Para garantir o sucesso destas aplicações, é essencial uma análise cuidadosa dos materiais dos circuitos aquando da conceção de PCB para frequências mmWave.

5g mm wave pcb

mmWave

mmWave refere-se a onda milimétrica, que é uma onda electromagnética de alta frequência que funciona na gama de frequências de 30 GHz a 300 GHz. Devido às suas características de alta frequência, a mmWave tem comprimentos de onda mais curtos e é adequada para comunicações sem fios de alta capacidade e transmissão de dados, destacando-se particularmente nas comunicações móveis 5G.

No entanto, é essencial notar que, embora a banda de frequências mmWave ofereça uma maior largura de banda para suportar a transmissão de dados a alta velocidade, os sinais nesta gama de frequências são susceptíveis de absorção atmosférica e de obstrução por edifícios, o que leva a problemas de integridade do sinal. Para conseguir uma comunicação sem falhas, é necessário implantar mais estações de base e antenas de pequena escala para garantir a cobertura e a estabilidade do sinal.

PCB mmWave

A conceção de PCB para lidar com ondas milimétricas, frequentemente designada por PCB mmWave, envolve um elevado nível de conhecimentos técnicos. Os projectistas necessitam de uma maior experiência na conceção de circuitos, na utilização de materiais de substrato de qualidade superior e de fabricantes com capacidades de fabrico de precisão.

Concepção

A PCB para ondas milimétricas é frequentemente concebida como uma estrutura multicamadas para obter esquemas de circuitos mais densos. Além disso, a resolução de problemas de interferência de sinal e de compatibilidade electromagnética é um ponto fulcral. Estes desafios e requisitos exigem que os projectistas encurtem os caminhos de transmissão para uma eficiência de transmissão óptima, utilizem uma distribuição racional das camadas de sinal, terra e energia para resolver problemas de sinal como a diafonia e organizem as posições das antenas e as estruturas de guia de sinal para satisfazer os requisitos de radiação e receção.

Materiais

O comportamento e a transmissão de sinais eléctricos a frequências de ondas milimétricas diferem significativamente dos circuitos de frequências mais baixas. Os desafios incluem a resistência devida à reflexão, refração e dispersão durante a transmissão, maiores perdas devido ao menor comprimento de onda e maior sensibilidade à interferência electromagnética. Uma solução fundamental é a adoção de materiais de substrato avançados, tais como PTFE, RO4350Be Substratos compósitos de cerâmica PTFEque possuem constantes dieléctricas e factores de perda inferiores para satisfazer os requisitos de sinal.

Para além dos desafios de sinal, a temperatura é um fator crítico. Isto inclui o calor gerado por correntes elevadas e temperaturas ambientais externas. Estes factores podem ter consequências catastróficas para as PCB de ondas milimétricas, como o aumento da resistência, alterações nos coeficientes de expansão térmica, constantes dieléctricas, etc., que afectam o desempenho do circuito. Para contrariar a ameaça das altas temperaturas, Núcleo metálico PCB é uma escolha mais comum, incluindo substratos à base de alumínio e à base de cobre. No entanto, estes podem ter dificuldades em satisfazer os requisitos de sinal.

Ao selecionar materiais para PCB de ondas milimétricas, os projectistas devem ter em conta uma multiplicidade de características para obter um desempenho e eficácia óptimos.

Fabrico

The high precision circuit layout of PCB mmWave demands manufacturers with advanced facilities and technology for fabrication. To accommodate more circuits on smaller boards, multilayer structures and smaller line spacings are required, necessitating manufacturers with precise process control techniques and nanometer-level manufacturing capabilities. Additionally, advanced boards may involve more advanced holes, such as blind vias and buried vias. To ensure the quality and performance of PCB, manufacturers need to employ advanced metrology methods to monitor and test various aspects of the PCB. This includes using high-precision testing equipment and instruments to measure signal transmission losses, phase stability, and other critical performance parameters.

Contribuição da PCB mmWave para o 5G

Transmissão de alta velocidade

O PCB mmWave é considerado um componente vital dos sistemas 5G e o seu funcionamento é regido pela banda de frequência de ondas milimétricas. Como mencionado anteriormente, a gama de frequências de ondas milimétricas situa-se normalmente entre 30-300 GHz, com uma largura de banda potencial de até 273,5 GHz. Mesmo em cenários afectados pelas condições atmosféricas, a largura de banda total para quatro bandas de frequência específicas pode ainda atingir 135 GHz. No domínio da transmissão de sinais sem fios, podem ser utilizadas duas abordagens para melhorar a velocidade de transmissão: aumentar a eficiência espetral e expandir a largura de banda espetral. O método utilizado pela tecnologia 5G de ondas milimétricas consiste em expandir a largura de banda espetral, alcançando assim velocidades de transmissão mais elevadas.

As frequências de ondas milimétricas oferecem uma largura de banda mais ampla, aumentando ainda mais as taxas de transferência de dados. A transmissão de dados pode ser comparada ao transporte de mercadorias entre dois pontos, em que as mercadorias representam dados e a distância entre os dois pontos corresponde à distância de propagação das ondas electromagnéticas. Para transportar mais dados, é como se fossem necessárias mais faixas de rodagem para transportar mais mercadorias. O aumento da largura de banda permite a transferência de mais dados entre dispositivos, possibilitando a transmissão de dados a alta velocidade.

Transmissão exacta

Nas fases iniciais da tecnologia 5G, a transmissão de sinais sofria frequentemente de um desperdício significativo de recursos devido ao facto de os sinais se propagarem indiscriminadamente, sem precisão. Mais tarde, a introdução da tecnologia de ondas milimétricas e de MIMO maciço resolveu este problema. A tecnologia de ondas milimétricas tem características de feixe estreito, o que lhe permite identificar com maior precisão alvos densos e obter uma transmissão de sinal precisa. A aplicação de PCB 5G melhorou significativamente a precisão da transmissão do sinal.

Integridade do sinal

Os sinais 5G são susceptíveis à influência do ambiente natural durante a transmissão aérea, onde mesmo elementos vestigiais como o oxigénio, o vapor de água e as partículas em suspensão podem afetar a qualidade do sinal. Por conseguinte, a introdução da tecnologia de ondas milimétricas em aplicações 5G desempenha um papel crucial na redução da interferência do sinal entre diferentes terminais. No entanto, existe uma limitação para as PCB de ondas milimétricas utilizadas no 5G, uma vez que só podem cobrir uma área interior ou exterior de cada vez. Isto significa que, se instalarmos antenas no exterior, as áreas interiores podem não receber sinais 5G.

A integração de PCB de ondas milimétricas está no centro dos sistemas 5G, melhorando a compatibilidade da tecnologia 5G. A combinação da tecnologia de ondas milimétricas com a 5G facilita a transmissão de dados em grande escala e satisfaz os requisitos de elevada largura de banda dos dispositivos ligados na tecnologia de quinta geração. Estas funcionalidades são também aplicadas em vários projectos, incluindo sistemas educativos, controlo de sinais de trânsito e várias operações de veículos.

Mais económico

O 5G representa um avanço tecnológico significativo nos sistemas de comunicação celular. Com a integração da tecnologia mmWave, o 5G pode oferecer planos de dados de largura de banda ilimitada mais económicos. Através da tecnologia mmWave do 5G, é possível fornecer uma variedade de diferentes tipos de serviços, tornando-a a escolha ideal para os operadores móveis. A utilização do 5G não só permite a prestação de serviços excepcionais aos utilizadores, como também gera lucros substanciais para os fornecedores de serviços, impulsionando o crescimento contínuo do negócio. Estas vantagens contribuem para criar novas oportunidades de negócio para os operadores. A tecnologia de ondas milimétricas tornou-se parte integrante da comunicação móvel de quinta geração, melhorando a eficiência da rede e satisfazendo a procura dos utilizadores por experiências de comunicação de alta qualidade.

Aplicações de PCB 5G mmWave

PCB de alta frequência é considerada a escolha ideal para a criação de projectos de alto nível. Estas placas são utilizadas para banda larga móvel avançada, satisfazendo as exigências dos dispositivos de elevada capacidade de dados.

As aplicações comuns incluem scanners de segurança, sistemas de telecomunicações e muito mais. A elevada largura de banda da PCB de ondas milimétricas 5G torna-a a escolha ideal para a comunicação sem fios. Além disso, estas placas são utilizadas em instrumentos médicos, equipamento industrial, dispositivos electrónicos e vários projectos de engenharia.

Eis algumas áreas de aplicação comuns para estas placas:

  • Telemóveis e computadores portáteis
  • Comunicação sem fios
  • Sensores
  • Sistemas de segurança
  • Robótica
  • Equipamento militar
 

Apesar de alguns desafios de integração com o 5G, a combinação com PCB de ondas milimétricas melhora as suas capacidades de transmissão de curto alcance e de elevada largura de banda, tornando-o adequado para várias áreas de aplicação.

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