5G基礎設施的首次大規模部署始于2019年，與此同時業界也發布了攜帶5G功能的手機。盡管大規模推出真正的毫米波5G這一進程發展緩慢，但一些最大的無線元器件制造商已經提供支持 Sub-6 GHz和毫米波接入的產品。根據預計，用戶將更多地訪問毫米波頻譜，因此廠家將專注于推出雙波段運行的部件，以支持低、中和高頻5G網絡

當前，5G趨于采用越來越高的工作頻率，以實現更高的數據速率和更低的延遲。面對更高的頻率帶來的設計挑戰，系統設計師和產品設計師只能采用更專業的部件來應對。

問

在更高頻率的5G系統中會發生什么？

在更高頻率下運行的設備會有更大的信號損失，因此設計人員可能需要重新設計與5G信號交互的任何器件。連接器、天線、電纜和外殼都是可以與接收或發射5G 信號交互的器件。部署的4G系統中通常使用的器件和材料并不總能兼容5G基礎設施和設備中采用的更高頻率。

推動設計小型化的一些主要因素包括:

高頻天線陣列需要采用更高的天線密度

5G連接需要更大的電池容量，因此需要更大實物尺寸的電池，這會占用設備中更多的空間，因此需要器件的小型化

出現射頻組件的替代封裝策略和材料

對支持 5G 的設備具有更高特性密度的需求

在這些更廣泛的議題中，系統層面的小型化在哪里發生呢？

01

天線陣列

由于5G設備是無線的，天線顯然是一個必不可少的構件。天線陣列尺寸隨著頻率提高而變得更小，因為它們的工作頻率與尺寸成反比。這要求廠家縮小天線陣列的尺寸，因此給PCB 制造商帶來電路板刻蝕方面的困難，也給封裝帶有天線模塊和調制解調器的天線套件制造商以及元器件制造商帶來封裝制造困難。尺寸縮小帶來了制造困難，這就為設計焊盤模式以支持所需信號帶寬的連接器帶來了挑戰。

對于元器件制造商而言，支持毫米波的天線陣列需要更小的器件。這對系統/產品設計人員來說是有益的，因為這些器件將騰出電路板上的空間用于其它器件。

支持5G的手機中使用的天線陣列通常是2x2貼片天線陣列。由于這些陣列的尺寸更小， 制造商在制造用于毫米波范圍的元器件時需要采取增材方法。使用更低介電常數 （DK）/更低損耗的材料可以超越制造限制。不過，最終5G/6G天線陣列將達到制造極限，因為在該極限以外無法使用標準和增材加工進行可靠制造。

02

板對板和軟排線對線連接器

電路板與組件之間進行互連通過現成的連接器或自定義連接器進行連接的。過去，通常用于毫米波系統的連接器與同軸電纜連接，這往往是5G頻率范圍內傳輸信號的唯一方法。手機需要尺寸更小的連接器，因為沒有空間放置笨重的同軸連接器和電纜組件，因此業界采用了表面貼裝軟排線/對配電路板的連接器系列產品。 在手機中，軟排線對板和板對板連接器具有非常小的外形尺寸，因此需要堆疊元器件或把元器件連接到柔性帶狀電纜上。這些薄型連接器通常需要連接功率和數字信號電路，可能還需要傳輸射頻信號。

為了適應PCB的尺寸和相關的工作頻率（數據和射頻），業界不得不使用較小的板對板/軟排線對板連接器。這是這方面小型化的主要驅動因素。更小的連接器則需要可確保信號完整性的更小的焊盤模式，因此在組件中將有更多的空間供元器件和電池使用。這些系統可能使用端子間距小于0.5毫米的焊盤，需要在毫米波范圍內工作，但到PCB基底的信號不得出現損失。

03

同軸電纜和連接器

同軸電纜和連接器用于射頻設備，其中外形尺寸不是主要挑戰，但需要高功率處理能力，同時將彌散（自由空間損耗）和其它損耗降至最低。雖然標準的較大外形尺寸連接器（例如SMA連接器）可以在毫米波頻率下使用寬帶連接器焊盤，但在小型布局中，我們需要采用更小尺寸的連接器，這些連接器有更大特性密度并超越了尺寸限制，可以在毫米波頻段工作。當現成元器件未達到外形尺寸規定指標時，可以自定義這些連接器。

5G系統中出現的另一個挑戰是無源互調（PIM），它會干擾使用載波聚合式無線系統中的數據傳輸。事實上，無源互調有時被稱為“生銹螺栓效應”。連接器也可以是PIM的來源，載波頻率附近的少量PIM足以產生降低數據傳輸速率的錯誤。

一些較小的或定制連接器可以提供較低的PIM值，該情況對于以較高頻率運行的系統至 關重要。毫米波的信號損失（丟包率）增加，系統的鏈路效能變低，系統允許的PIM規范值也就越低。因此，為了減少發生PIM的機會，可能需要更小尺寸的連接器和電纜組件。

04

小型元器件和其他規范

手機、微型蜂窩和支持 5G 的模塊中使用的小型元器件采用另一組規范，這些規范因元器件尺寸減小而變得復雜。由于需要用更小的元器件適應更高的頻率，這使得這些元器件的機械設計和耐用性問題變得復雜。手機和蜂窩設備必須在惡劣的環境中和各種溫度下運行，并需要永久保持正常運行，因此需要元器件符合如下環境規范要求：

環境規范

防風雨和防水

暴露在環境中的元器件（特別是連接器）可能需要 IP6x 等級的防護以確保其可靠性。

連接器接插件的抓握力

抓握機制有助于防止系統中接插件受到振動或機械沖擊后意外斷開。

整合型連接器

體積較小的設備空間較小，很難容納多個連接器，因此同一根電纜上的引腳中可能既包括電源引腳也包括信號引腳。

05

為什么5G設計師選擇莫仕？

Molex莫仕為5G系統提供一系列工程解決方案和元器件，包括連接器解決方案。Molex莫仕采用協作方式進行系統設計，提供測試專業知識和定制元器件設計，幫助客戶大規模推出5G產品。Molex莫仕的目標是生產高產量、高性價比的產品，且產品外形尺寸適用于通信行業、物聯網和汽車市場。雖然這方面存在復雜性，但能幫助業界更平穩地過渡到5G。

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