Tehnologija filtara milimetarskih valova (mmWave) ključna je komponenta u omogućavanju glavne 5G bežične komunikacije, no ipak se suočava s brojnim izazovima u pogledu fizičkih dimenzija, proizvodnih tolerancija i temperaturne stabilnosti.
U području glavne 5G bežične komunikacije, budući fokus će se pomaknuti prema korištenju frekvencija iznad 20 GHz unutar mmWave spektra kako bi se povećao kapacitet propusnosti, u konačnici povećavajući brzine prijenosa.
Dobro je poznato da zbog svojih visokih frekvencija i značajnog gubitka putanje, mmWave signali zahtijevaju manje antene. Ove su antene grupirane zajedno da tvore antenski niz s uskim snopom i visokim pojačanjem.
Jedna od primarnih poteškoća u dizajnu filtera leži u prilagođavanju dimenzijama antene, posebno za visokofrekventne filtere. Osim toga, proizvodne tolerancije i temperaturna stabilnost filtara značajno utječu na svaki aspekt dizajna i proizvodnje proizvoda.
Ograničenja veličine u mmWave tehnologiji
U tradicionalnim sustavima antenskih nizova, razmak između elemenata mora biti manji od polovice valne duljine (λ/2) kako bi se izbjegle smetnje. Ovo načelo jednako vrijedi i za 5G antene za formiranje snopa. Na primjer, antena koja radi u pojasu od 28 GHz ima razmak između elemenata od približno 5 mm. Posljedično, komponente unutar niza moraju biti izuzetno male.
Fazni nizovi koji se koriste u mmWave aplikacijama često imaju planarnu strukturu, kao što je prikazano u nastavku, gdje su antene (žuta područja) montirane na tiskane ploče (PCB) (zelena područja), a sklopne ploče (plava područja) mogu se spojiti okomito na antenska ploča.
Prostor na ovim sklopnim pločama već je minimalan, ali tehnologije u nastajanju istražuju još kompaktnije ravne strukture, što implicira da filtri i drugi blokovi strujnih krugova moraju biti znatno manji da bi se montirali izravno na stražnju stranu PCB antene.
Utjecaj proizvodnih tolerancija na filtere
S obzirom na važnost mmWave filtara, proizvodne tolerancije igraju ključnu ulogu, utječući i na performanse filtra i na cijenu.
Kako bismo dodatno istražili ove čimbenike, usporedili smo tri različite metode proizvodnje filtara od 26 GHz:
Sljedeća tablica prikazuje tipične ekstremne tolerancije koje se susreću u proizvodnji:
Tolerancija utjecaja na PCB mikrotrakaste filtre
Kao što je prikazano u nastavku, prikazan je dizajn mikrotrakastog filtra.
Krivulja simulacije dizajna je sljedeća:
Kako bi se proučio učinak tolerancije na ovaj PCB mikrotrakasti filter, odabrano je osam potencijalnih ekstremnih tolerancija, otkrivajući značajne razlike.
Utjecaj tolerancije na PCB trakaste filtre
Dizajn trakastog filtra, prikazan dolje, je struktura od sedam stupnjeva s 30 mil RO3003 dielektričnim pločama na vrhu i dnu.
Opadanje je manje strmo, a pravokutni koeficijent je inferioran u odnosu na mikrotrakasti zbog nepostojanja nula u blizini propusnog pojasa, što rezultira suboptimalnim harmonijskim performansama na udaljenim frekvencijama.
Slično tome, analiza tolerancije pokazuje bolju osjetljivost u usporedbi s mikrotrakastim vodovima.
Zaključak
Kako bi 5G bežična komunikacija postigla veće brzine, mmWave tehnologija filtera koja radi na 20 GHz ili višim frekvencijama je imperativ. Međutim, i dalje postoje izazovi u smislu fizičkih dimenzija, stabilnosti tolerancije i složenosti proizvodnje.
Stoga se mora pažljivo razmotriti utjecaj tolerancija na dizajne. Očito je da SMT filtri pokazuju veću stabilnost od mikrotrakastih i trakastih filtara, što sugerira da bi se SMT filtri za površinsku montažu mogli pojaviti kao glavni izbor za buduće mmWave komunikacije.
Concept, renowned for its expertise in RF filter manufacturing, offers a comprehensive selection of filters tailored to meet the unique requirements of 5G solutions. As a professional Original Design Manufacturer (ODM) and Original Equipment Manufacturer (OEM), Concept provides an extensive RF filter list for reference, ensuring compatibility and optimal performance for diverse 5G applications. To explore the available options, please visit their website at www.concept-mw.com . For further inquiries or to discuss specific project needs, feel free to contact the sales team at sales@concept-mw.com.
Vrijeme objave: 17. srpnja 2024