5G时代的到来，不仅仅是一次通信速率的简单提升，更是一场深刻改变电磁环境和产品设计范式的技术革命。电磁兼容性，即设备或系统在复杂的电磁环境中仍能正常工作，且不对环境中的其他事物造成不可承受的电磁干扰的能力，在5G浪潮中正面临着前所未有的系统性挑战。这些挑战主要围绕三大核心要素展开：工作频率的大幅提升、大规模多输入多输出天线技术的广泛应用，以及网络部署的空前密集化。
首先，工作频率的大幅提升对电磁兼容设计提出了最直接且严苛的要求。5G技术不仅在Sub-6 GHz频段继续耕耘，更将通信频谱拓展至毫米波频段，即24 GHz以上的频段。随着工作频率的提高，波长相应缩短，这直接影响了电磁干扰的产生、传播和耦合特性。在高频下，任何微小的几何结构，例如印刷电路板上的走线、过孔、焊盘乃至元件封装，都可能成为高效的辐射天线。传统在低频段有效的集总参数模型已不再适用，设计师必须转向考虑分布参数效应。信号完整性问题在高频段急剧恶化，反射、串扰和地弹等现象导致的信号失真，极易转化为宽带电磁辐射。此外，毫米波信号在穿透材料时的损耗极高，要求射频前端必须集成高增益的功率放大器，这使得系统内部的电源噪声和杂散信号更容易耦合到敏感电路中，进一步加剧了自我干扰问题。印刷电路板的材料选择、叠层设计、高速数字电路的阻抗匹配和电源完整性规划，都需要达到远超4G时代的精密程度，任何微小的设计疏忽都可能导致严重的电磁兼容性超标。为了在高频段保持信号的完整性，设计者必须投入大量的资源进行仿真分析，精确预测高次谐波和寄生参数的影响，并通过优化电源分配网络来最大限度地降低瞬态电流变化引发的电压波动，这些波动是高频辐射的主要源头之一。在高频工作环境下，屏蔽体的设计也变得更为复杂，需要考虑屏蔽材料对毫米波信号的吸收和反射特性，确保屏蔽层本身不会成为二次干扰源。
其次，大规模多输入多输出天线技术是5G提升频谱效率的关键，但同时也引入了复杂的系统级电磁兼容难题。Massive MIMO要求在基站侧和用户终端侧集成数十甚至上百个天线单元。在如此紧凑的空间内集成大量射频发射和接收链路，最直接的挑战是天线之间的互耦和去耦问题。当天线单元彼此靠近时，它们之间的近场耦合会导致天线辐射方向图畸变、效率下降，并使得射频能量在天线阵列内部不均匀分配，产生不必要的散射和辐射。这不仅影响了通信性能，也使得电磁辐射的测量和控制变得更加困难。更重要的是，Massive MIMO系统的高集成度意味着射频前端电路、数字基带处理芯片、电源管理单元和天线阵列被集成在一块或紧密相邻的电路板上。这种高度集成化使得系统内部干扰成为主要矛盾。数字信号的高速时钟、基带处理单元产生的宽带开关噪声、以及电源管理单元的纹波噪声，极易通过传导、近场耦合或辐射的方式，干扰到邻近的射频接收链路，尤其是在接收极弱信号时，轻微的干扰都可能导致接收灵敏度的急剧下降。设计者必须在尺寸限制和隔离度要求之间找到精确的平衡点，例如采用精密的屏蔽罩、优化地平面分割，以确保电流回路的最小化，并通过复杂的滤波网络来抑制传导干扰，从而保障在发射大功率信号的同时，接收链路仍能准确捕获极弱的信号。此外，Massive MIMO系统中的数字波束赋形技术涉及复杂的相位和幅度控制，任何来自电源或数字总线的干扰都可能破坏信号的相位一致性，进而影响波束的指向精度和能量集中度。
最后，网络的密集部署显著恶化了整体电磁环境的复杂性。为了满足5G极高的数据密度和容量需求，基站的部署密度，特别是小型基站和微基站的部署密度，远超以往任何一代通信技术。这些基站不仅数量庞大，而且更接近用户和敏感的电子设备，例如楼宇内的传感器、家用电器和关键基础设施。这种环境的改变带来了两个层面的挑战：一是外部电磁干扰的激增。密集的发射源使得设备承受的外部电磁场强度和复杂性大幅增加，对设备的电磁敏感度提出了更高要求。任何在4G环境下尚能容忍的辐射源，在5G的高电磁场背景下，都可能导致设备性能下降甚至功能失效。制造商必须提高其产品的抗扰度水平，以适应高电磁环境下的正常运行。这涉及到更严格的电路保护、更优化的滤波设计以及更坚固的外壳屏蔽。二是互干扰问题。密集部署的基站之间，以及基站与用户终端之间，在非理想条件下容易产生复杂的交叉干扰和阻塞效应。特别是5G使用的灵活频谱和动态频谱共享机制，使得干扰预测变得更加困难。此外，5G技术与大量新兴应用，如车联网、工业物联网和高精度定位系统的传感器系统在频谱上和空间上的共存，使得原本边界清晰的电磁兼容领域，演变成一个需要跨行业、跨频段系统解决的复杂共存问题。设计者不再仅仅关注单一设备的电磁发射或抗扰度，而必须从整个城市或厂区的电磁环境角度出发，进行系统级的电磁共存分析和风险评估，确保关键系统，例如机场导航、医疗设备或工业控制系统，在5G密集的电磁场中能够获得充分的保护和隔离。
5G时代对电磁兼容性的挑战是高频、高集成度和高密度部署等多重因素叠加的结果：高频工作模式使得辐射和信号完整性问题更加难以控制；Massive MIMO的高集成度激化了系统内部的自干扰矛盾；而网络的密集部署则从根本上改变了外部电磁环境，对所有设备的电磁敏感度提出了前所未有的考验。应对这些挑战，要求电子工程师们在印刷电路板设计、组件选择、系统集成和环境建模等各个环节，必须采用更精密的分析工具、更严格的设计规范和更创新的解决方案，以确保5G网络的稳定运行及其周围电子设备的安全可靠。这场电磁兼容的攻坚战，实质上是对现代电子系统设计精度的极限考验。
