5G 開創新局面

隨著新一代蜂窩通信 5G 的發展勢頭日漸增強,部署 5G 通信基礎設施的競爭也開始如火如荼地進行。移動運營商們正忙于部署基礎設施,并啟動營銷計劃,以吸引大家升級自己的智能手機服務合同與手機配置,從而充分利用 5G 顯著提高的數據速率。與上一代 3G 向 4G 的轉變不同,5G 的通信架構不是一次迭代升級。5G 首次使用了 24 至 40GHz 毫米波(mmWave)頻譜中的頻率,另外還與已許可和未許可 sub-6GHz 頻段中的多射頻通信網絡共存。

 

將毫米波用于 5G

要讓 5G 的數據傳輸速度實現大幅提升(預計至少比 4G 快 4 倍),需要使用高帶寬的毫米波頻譜。但使用這么高的頻率會給設計人員帶來一些技術和操作挑戰。一個主要的問題是,信號覆蓋的范圍因傳播損耗?減?。這就是部署毫米波 5G 需要的基站比 4G 更多的原因之一。我們要用最佳數量的毫米波基站讓 5G 毫米波在商業上可行,同時還要利用毫米波信號的波束成形,確保手機接收到足夠強的信號。在設計大規模多入多出(MIMO)天線時,較高的頻率意味著發射 / 接收元件的尺寸遠小于 4G,從而使得波束成形陣列所需的多個毫米波天線元件的物理尺寸較小。波束成形(也稱波束控制),組合使用模擬移相器與數字控制技術,將輸出功率動態集中到單個波瓣中,可為任何信號路徑優化信噪比和誤碼率。

 

毫米波互連挑戰

在設計基礎設施時,毫米波射頻開發面臨的一個問題是,對于 30GHz 及以上的頻率,用于產品 PCB 基板的材料會帶來信號損耗以及負面的傳播影響。理想情況下,需要較低的基板介電常數(Dk)。因此業界開始采用更薄的 PCB 尺寸和不同的基板材料,如聚四氟乙烯(PTFE)層壓板。在帶狀線板和天線之間建立同軸連接傳統上是使用無焊壓縮連接器。但隨著頻率的升高,基板會變得越來越薄,越來越軟,PCB 上的的基板會被壓縮,產生電容效應,從而引起反射,進而對電壓駐波比(VSWR)產生負面影響,使鏈路性能和發射器效率降低。 

 

Amphenol SV 解決方案

Amphenol SV Microwave LiteTouch 系列無焊 PCB 連接器不是使用實心插配連接器接口,而是使用圓珠接觸彈簧頂針組件以盡量減少插配扭矩向主組件的傳導(圖 1)。

 

圖 1:左邊是傳統的無焊壓縮連接器,顯示了 PCB 基板的撓度。右邊是 Amphenol SV Microwave LiteTouch 無焊連接器,它不會對 PCB 組件產生偏轉力或壓縮力。(資料來源:Amphenol SV Microwave)

 

螺絲安裝的 LiteTouch 系列設計用于 2.92mm、2.4mm 和 1.85mm 連接器。另外也提供 SMA 版本。2.92mm 連接器設計用于 50?阻抗,額定頻率高達 40GHz,2.4mm 連接器的額定頻率高達 50GHz,1.85mm 連接器的則高達 67GHz。SMA 連接器適用于頻率高達 26.5GHz 的應用。除了板上安裝的版本外,還提供了一個 PCB 邊沿安裝系列。

 

圖 2 顯示了使用頻率可以超過 30GHz 的標準壓縮連接器對駐波比(VSWR)反射的影響,見紅色曲線。相比之下,通過藍色曲線可以看出,在使用 Amphenol SV Microwave LiteTouch 連接器時,反射的增加幅度最小。

 

圖 2:在 0GHz 至 40GHz 頻率區間內,標準壓縮連接器與 Amphenol SV Microwave LiteTouch 連接器的 VSWR 比較。(資料來源:Amphenol SV Microwave)

 

除了用于天線、前端模塊和波束形成器等 5G 基礎設施,設計師還可以將 Amphenol SV Microwave LiteTouch 連接器系列用于各種射頻設備以及高速數字測試與測量設備、射頻托盤以及開發板和原型設計板。