5G의 출현은 RF 설계에 많은 도전을 제시했습니다. 예를 들어, mmWave의 난이도는 널리 논의되고 있지만, 신호 무결성과 하드웨어 비용도 주요 문제입니다.

이러한 과제의 전체 범위를 밝히기 전에, 누가 영향을 받을지 잠시 생각해 봅시다. 5G는 전체 생태계의 주요 변화라는 점에서 눈에 띕니다. 모바일 운영자와 최종 사용자 모두 새로운 사고 방식을 채택해야 완전한 혜택을 누릴 수 있습니다. 안테나 설계자, 마이크로파 회로 설계자, 심지어 PCB 설계와 같이 관련이 없어 보이는 분야에 관련된 사람들도 새로운 문제에 직면하고 있습니다.

그렇다면 5G가 왜 그렇게 광범위하고 미묘한 디자인 문제를 제기하는지 그리고 해결책들은 무엇인지 자세히 살펴봅시다.

신호 전송 불량 VS 어레이 안테나

먼저 중요한 포인트인 신호 전송에 대해 이야기해 봅시다. 전통적인 휴대전화 기술과 달리 밀리미터파는 멀리 도달하지 않습니다. 건물, 지형, 사람, 심지어 날씨도 밀리미터파 신호를 감쇠시킬 수 있습니다. 결과적으로 이동통신 사업자들은 최종 사용자에게 더 가까운 기지국을 설치할 필요가 있습니다.

그러나 기지국이 많다고 해도 신호 전송은 여전히 문제가 될 수 있습니다. 결국, 인체는 밀리미터파 대역의 주파수를 잘 흡수합니다. 다시 말해, 휴대전화를 손에 들고 있는 것만으로도 신호를 사용할 수 없게 될 수 있습니다. 따라서 밀리미터파 시스템은 일반적으로 다수의 안테나, 심지어 안테나 어레이를 필요로 합니다.

많은 안테나 엔지니어들은 안테나 어레이에 대한 경험이 없기 때문에 이 요구사항은 주요 과제입니다. 엔지니어링 팀은 종종 mmWave 신호가 낮은 손실 경로를 찾을 수 있도록 빔 포밍 및 빔 조향 기술에 대한 전문 지식을 갖춘 새로운 인재를 고용해야 합니다 (그림 1 참조).

그림 1.빔 스티어링은 안테나 어레이의 메인두엽의 방향을 조작

신호 무결성 및 간섭

하지만 한 가지 더 고려해야 할 것이 있습니다. 즉, 약한 신호를 처리할 때는 1dB 단위로 계산됩니다. 다시 말해 밀리미터파의 도전은 안테나를 훨씬 넘어섭니다.

안테나에 연결된 모든 피드, 트레이스 및 연결은 양호한 종단 간 신호 무결성(SI)을 염두에 두고 설계되어야 합니다. 이들 부품이 40GHz 이상의 주파수를 처리한다는 점을 감안하면 적지 않은 과제입니다.

게다가, mmWave 신호가 일반적인 5G 장치에서 발견되는 많은 RF 신호 중 하나일 뿐이라는 사실은 이 도전을 더욱 어렵게 만듭니다. 먼저 5G 스펙트럼에는 6GHz 이하의 mmWave 주파수가 포함됩니다. 6GHz 이하 신호는 휴대전화 설계자에게 더 친숙하고 LTE 기술과 쉽게 공존할 수 있습니다. 그러나, 6GHz 미만의 신호가 존재하기 때문에 설계자는 이전보다 더 넓은 범위의 주파수 대역을 커버해야 합니다.

게다가, 5G 장치들은 일반적으로 와이파이, 블루투스, UWB, NFC와 같은 많은 다른 RF 기술들을 가지고 있습니다. mmWave 시스템으로부터의 누출은 다른 주파수 대역에 영향을 미칠 수 있습니다. 고주파 신호는 본질적으로 누출되기 쉬우므로 이러한 위험을 과소평가해서는 안 됩니다.

이러한 과제를 해결하기 위해 엔지니어링 팀은 보다 협력적이고 단일 팀이 되어야 합니다.

당사의 디자인 엔지니어에게 묻기 설문 조사에 따르면 엔지니어링 팀의 90%가 최근 몇 년 동안 변화한 것으로 나타나 디자인 엔지니어 팀이 범위, 전문성 및 전문성 면에서 성장함에 따라 협업의 중요성이 드러났습니다.

SI 엔지니어가 상호 연결 및 전송선 성능을 평가해야 하는 반면, 전자기 전문가는 RF 누출을 동시에 확인해야 합니다. 설계 선택은 대개 타협의 산물이라는 점을 명심하십시오. 예를 들어, SI를 개선하기 위한 변경은 새로운 누출을 야기할 수 있으며, 팀은 균형을 평가하기 위해 협력해야 합니다.

회로 기판 설계 및 비용 고려 사항

물론 5G 장치의 디자인은 또한 많은 재료와 구조 선택을 포함합니다. RF 시스템과 안테나의 전체 제조 과정은 지난 몇 년 동안 극적으로 변화하여 설계 옵션에 대한 새로운 지평을 열었습니다.

예를 들어, 인쇄회로기판(PCB)의 경우, 많은 인쇄회로기판들이 포장을 용이하게 하기 위해 이미 플렉서블 인쇄회로(FPC)로 이동했습니다. 이러한 변화는 많은 영향을 미치지만, FPC에 사용되는 재료는 계속 진화하여 비용과 성능 사이의 복잡한 균형을 만듭니다.

현재 LCP (Low-Loss Liquid Crystal Polymer)를 이용한 도금 플라스틱, 몰드 재료, 라미네이트 재료로의 전환이 진행되고 있습니다. 이러한 재료는 상당한 비용 절감 효과를 제공하지만 유전율 상수에 대한 새로운 우려도 제기합니다. mmWave와 관련된 전송 문제 및 약한 신호 강도로 돌아가면, 라미네이트 재료를 잘못 선택하면 허용할 수 없는 신호 저하가 발생할 수 있다고 쉽게 상상할 수 있습니다.

결국, 재료 엔지니어와 제조 전문가가 안테나 전문가와 마이크로파 회로 설계자만큼 5G 기기의 성공에 중요하다는 것입니다.

협업이 조기에 시작됨

실제로 모든 팀은 설계 변수의 올바른 균형을 달성하기 위해 협력해야 합니다. 최상의 결과를 얻으려면 이 협업은 설계 프로세스 초기에 시작해야 합니다. 장치가 거의 완료될 때까지 RF 설계가 시작되기를 기다리는 오래된 패턴은 더 이상 작동하지 않습니다. 마찬가지로, 제조 가능성은 처음부터 고려되어야 합니다.

이러한 전체론적 사고방식으로 시작하는 것이 중요하며, 단순히 상충되는 설계 목표를 피하는 것이 중요하지 않습니다. 또한, 공급업체가 어려운 설계 결정을 지원해야 하는 정도와도 관련이 있으며 이것이 몰렉스가 도울 수 있는 부분입니다.

몰렉스 엔지니어는 RF, 신호 무결성, 안테나 및 제조 분야에서 수십 년간 전문성을 보유하고 있어 다면적인 5G 설계 과제를 해결하는 데 필요한 지식을 제공합니다. 몰렉스의 5G 투자는 최첨단 5G 제조 장비와 기술이 가장 정확한 부품을 생산할 수 있도록 하고 고주파 RF 테스트 챔버는 밀리파 스펙트럼을 지원하는 제품의 성능을 보장합니다.

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