5G通信时代的到来，对广泛的射频(RF)工程设计带来了挑战，有些难题很突出，有些则不那么明显。举例来说，与毫米波(mmWave)有关的设计难题已被业界广泛讨论，成为热门议题，但信号完整性和硬件成本同样重要的问题却较冷门。
在揭示这些挑战的总体范围之前，让我们花点时间来考虑哪些人会受到影响。5G是非同寻常的通信技术，它对整个移动通信生态系统来说是巨大的进步。为了实现5G技术的全部优势，移动运营商和终端用户都必须采用全新的思维方式。天线工程师、微波电路工程师，甚至PCB设计工程师等看似无关行业领域工作的人士，都面临着新的问题。
现在让我们仔细研究这些问题，以了解为什么5G带来了如此广泛和微妙的设计挑战，以及一些解决方案！
让我们从最吸睛的主题开始：信号的传播。与之前的蜂窝技术不同，毫米波的传播距离不会很远。建筑物、地形、人体，甚至天气都会使得毫米波信号发生衰减。因此，移动运营商需要建设更多基站，更接近终端用户。
但是，即使有大量的基站，信号的传播也可能存在问题。毕竟人体也是毫米波频率的良好吸收体，当手掌接触手机时就会影响通信信号。因此，毫米波系统通常需要多个天线，更重要的是需要使用天线阵列。
由于许多天线工程师缺乏天线阵列方面的经验，使得这项要求成为了他们的重大挑战。在许多情况下，工程技术团队将需要额外引进熟悉波束成形和波束转向技术(beamforming and beam-steering techniques)的人才，以确保毫米波信号能够找到低衰减的路径。(见图1)
图1.波束转向操控天线阵列的主波方向。
我们还需要从另一个角度思考：在处理微弱的信号时，纵使是零点几分贝也很重要。这意味着与毫米波有关的挑战远远超出了天线的范围。
在设计时，进入天线的馈电、导线和连接都必须考虑出色的端到端信号完整性(SI)。鉴于这些组件处理的信号频率高于40GHz，这绝对不是小挑战。
然而，毫米波信号只是典型5G设备中的许多射频信号之一，使得挑战更加复杂。首先，5G频谱除了毫米波之外，还包括6GHz以下(Sub-6 GHz)频率。蜂窝设备设计工程师更加熟悉6GHz以下信号，它们很容易与LTE技术共存。然而，这些信号的存在，意味着设计工程师必须应对比以前更加广泛的频谱。
更重要的是，5G设备通常会结合一系列其他的射频技术，包括Wi-Fi、蓝牙、UWB和NFC。毫米波系统的任何泄漏都有可能影响其他频段。鉴于较高频率的信号本身就更容易发生泄漏，人们不应低估这种风险。为了应对这些挑战，各个工程技术团队必须增强相互协作。
在我们的“设计工程师自述(Design Engineer Tell-All)”调研中，近年来90%的工程技术团队发生了改变，设计工程团队的范围、专业知识和专业化程度不断增加，这些变化证明协作是至关重要的。
当信号完整性(SI)工程师需要评估互连和传输线性能时，电磁学专家必须同时检测射频信号泄漏。请记住，设计选择牵一发而动全身，通常是要折衷妥协的。例如，改善SI的变动很可能会带来新的泄漏问题，团队必须共同努力来评估权衡。
当然，5G设备设计也涉及大量的材料和结构选择。在过去几年里，射频系统和天线的整个制造过程发生了巨大的变化，开辟了新的设计选择领域。
考虑一下不起眼的印刷电路板(PCB)。目前，许多PCB已经让位于更容易封装的柔性印刷电路(FPC)。这一变化带来了许多影响，超出了本文讨论范围。FPC中使用的材料继续演进发展，在成本和性能方面产生了复杂的权衡决策考虑。
现在，人们开始转向由低损耗液晶聚合物(LCP)制成的电镀塑料、模压和层压材料。这些材料可以大大削减成本，但它们也产生与容限有关的新问题。回到我们关于毫米波有关的传播问题和微弱的信号强度的观点，很容易发现，如果层压材料选择不当，会造成不可接受的信号衰减。
底线是什么呢？如果要实现5G设备的成功，材料工程师和制造专家与天线技术专家和微波电路设计师同样重要。
事实上，所有的工程技术团队必须协调一致地工作，以实现设计变量的正确平衡。为了达到最佳的效果，射频设计必须在设计的早期阶段开展。如陈旧模式等到设备设计接近完成，才开始射频设计已经不可行了。同样地，可制造性也必须从一开始就加以考虑。
采用这种全面的思维方式，不仅是避免各个设计目标相互冲突，还可以让供应商了解设计中遇到的困难并为快速决策做好充分准备。这正是Molex莫仕能够大展身手的领域。
Molex莫仕工程师在射频、信号完整性、天线和制造方面拥有数十年的精深专业知识，这正是解决多方位5G设计难题所需要的。我们在5G技术方面进行了大量的投资，能够以最高的精度制作元器件，这要归功于最先进的5G制造设备和技术。而且，我们的高频RF测试室帮助确保产品在毫米波频谱中达到良好的性能。
Molex莫仕在连接器方面的专长闻名于世，在许多其他领域亦有卓著表现，这些对于支持客户是至关重要的。公司的目标是在客户的5G设计之路上充当军师顾问。我们全面了解5G全新蜂窝通信时代的复杂性，并且积极帮助客户生产出先进的5G通信设备。
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