Technológia filtra milimetrových vĺn (mmWave) je kľúčovým komponentom umožňujúcim bežnú bezdrôtovú komunikáciu 5G, no čelí mnohým výzvam, pokiaľ ide o fyzické rozmery, výrobné tolerancie a teplotnú stabilitu.
V oblasti bežnej bezdrôtovej komunikácie 5G sa budúce zameranie presunie smerom k využívaniu frekvencií nad 20 GHz v rámci spektra mmWave na zvýšenie kapacity šírky pásma, čo v konečnom dôsledku zvýši prenosové rýchlosti.
Je dobre známe, že signály mmWave si kvôli vysokým frekvenciám a značným stratám cesty vyžadujú menšie antény. Tieto antény sú zoskupené tak, aby tvorili úzky zväzok antén s vysokým ziskom.
Jedna z hlavných ťažkostí pri návrhu filtra spočíva v prispôsobení sa rozmerom antény, najmä pri vysokofrekvenčných filtroch. Okrem toho výrobné tolerancie a teplotná stabilita filtrov výrazne ovplyvňujú každý aspekt dizajnu a výroby produktu.
Obmedzenia veľkosti v technológii mmWave
V tradičných anténnych systémoch musí byť vzdialenosť medzi prvkami menšia ako polovica vlnovej dĺžky (λ/2), aby sa zabránilo rušeniu. Tento princíp platí rovnako pre 5G beamforming antény. Napríklad anténa pracujúca v pásme 28 GHz má rozstup prvkov približne 5 mm. V dôsledku toho musia byť komponenty v poli extrémne malé.
Fázované polia používané v aplikáciách mmWave často využívajú dizajn planárnej štruktúry, ako je znázornené nižšie, kde sú antény (žlté oblasti) namontované na doskách plošných spojov (PCB) (zelené oblasti) a dosky plošných spojov (modré oblasti) môžu byť pripojené kolmo na anténna doska.
Priestor na týchto doskách s plošnými spojmi je už minimálny, ale nové technológie skúmajú ešte kompaktnejšie ploché štruktúry, čo znamená, že filtre a ďalšie bloky obvodov musia byť podstatne menšie, aby sa dali namontovať priamo na zadnú stranu dosky plošných spojov antény.
Vplyv výrobných tolerancií na filtre
Vzhľadom na význam filtrov mmWave zohrávajú kľúčovú úlohu výrobné tolerancie, ktoré ovplyvňujú výkon filtra aj náklady.
Aby sme tieto faktory ďalej preskúmali, porovnali sme tri odlišné spôsoby výroby filtrov 26 GHz:
Nasledujúca tabuľka uvádza typické extrémne tolerancie, ktoré sa vyskytujú pri výrobe:
Vplyv tolerancie na mikropáskové filtre PCB
Ako je znázornené nižšie, je zobrazený dizajn mikropáskového filtra.
Krivka simulácie návrhu je nasledovná:
Na štúdium vplyvu tolerancie na tento mikropáskový filter PCB bolo vybraných osem potenciálnych extrémnych tolerancií, ktoré odhalili pozoruhodné rozdiely.
Vplyv tolerancie na páskové filtre PCB
Konštrukcia páskového filtra, znázornená nižšie, je sedemstupňová štruktúra s 30 mil dielektrickými doskami RO3003 v hornej a dolnej časti.
Roll-off je menej strmý a pravouhlý koeficient je nižší ako koeficient mikropásika v dôsledku absencie núl v blízkosti priepustného pásma, čo vedie k suboptimálnemu harmonickému výkonu pri vzdialených frekvenciách.
Podobne tolerančná analýza ukazuje lepšiu citlivosť v porovnaní s mikropáskovými čiarami.
Záver
Na dosiahnutie vyšších rýchlostí bezdrôtovej komunikácie 5G je nevyhnutná technológia filtra mmWave pracujúca na frekvenciách 20 GHz alebo vyšších. Výzvy však pretrvávajú, pokiaľ ide o fyzické rozmery, stabilitu tolerancie a zložitosť výroby.
Preto je potrebné starostlivo zvážiť vplyv tolerancií na dizajn. Je zrejmé, že filtre SMT vykazujú väčšiu stabilitu ako mikropáskové a páskové filtre, čo naznačuje, že povrchové filtre SMT sa môžu objaviť ako hlavná voľba pre budúcu komunikáciu mmWave.
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.
Čas odoslania: 17. júla 2024