Technológia filtrov milimetrových vĺn (mmWave) je kľúčovou súčasťou umožnenia bežnej bezdrôtovej komunikácie 5G, no čelí mnohým výzvam, pokiaľ ide o fyzické rozmery, výrobné tolerancie a teplotnú stabilitu.
V oblasti bežnej bezdrôtovej komunikácie 5G sa budúci dôraz presunie na využitie frekvencií nad 20 GHz v rámci mmWave spektra s cieľom zvýšiť šírku pásma a v konečnom dôsledku zvýšiť prenosové rýchlosti.
Je dobre známe, že kvôli vysokým frekvenciám a značným stratám na dráhe si signály milimetrových vĺn vyžadujú menšie antény. Tieto antény sú zoskupené a tvoria úzko vyžarovacie anténne sústavy s vysokým ziskom.
Jednou z hlavných ťažkostí pri návrhu filtrov je prispôsobenie sa rozmerom antény, najmä pri vysokofrekvenčných filtroch. Okrem toho výrobné tolerancie a teplotná stabilita filtrov významne ovplyvňujú každý aspekt návrhu a výroby produktu.
Obmedzenia veľkosti v mmWave technológii
V tradičných systémoch anténnych sústav musí byť rozostup medzi prvkami menší ako polovica vlnovej dĺžky (λ/2), aby sa predišlo rušeniu. Táto zásada platí rovnako aj pre antény s tvarovaním lúča 5G. Napríklad anténa pracujúca v pásme 28 GHz má rozostup medzi prvkami približne 5 mm. V dôsledku toho musia byť komponenty v sústave extrémne malé.
Fázované anténne sústavy používané v aplikáciách mmWave často používajú planárnu štruktúru, ako je znázornené nižšie, kde sú antény (žlté oblasti) namontované na doskách plošných spojov (PCB) (zelené oblasti) a dosky plošných spojov (modré oblasti) je možné pripojiť kolmo na dosku antény.
Priestor na týchto doskách plošných spojov je už teraz minimálny, ale nové technológie skúmajú ešte kompaktnejšie ploché štruktúry, čo znamená, že filtre a iné bloky obvodov musia byť výrazne menšie, aby sa dali namontovať priamo na zadnú stranu dosky plošných spojov antény.
Vplyv výrobných tolerancií na filtre
Vzhľadom na význam mmWave filtrov zohrávajú výrobné tolerancie kľúčovú úlohu, ktoré ovplyvňujú výkon aj cenu filtra.
Pre ďalšie preskúmanie týchto faktorov sme porovnali tri odlišné metódy výroby filtrov pre 26 GHz:
Nasledujúca tabuľka uvádza typické extrémne tolerancie, s ktorými sa stretávame vo výrobe:
Vplyv tolerancie na mikropáskové filtre na doske plošných spojov
Ako je znázornené nižšie, je znázornený návrh mikropáskového filtra.
Krivka simulácie návrhu je nasledovná:
Na štúdium vplyvu tolerancie na tento mikropáskový filter s plošnými spojmi bolo vybraných osem potenciálnych extrémnych tolerancií, ktoré odhalili významné rozdiely.
Vplyv tolerancie na páskové filtre na doske plošných spojov
Konštrukcia páskového filtra, zobrazená nižšie, je sedemstupňová štruktúra s dielektrickými doskami RO3003 s hrúbkou 30 mil v hornej a dolnej časti.
Klesanie je menej strmé a obdĺžnikový koeficient je horší ako u mikropáskového signálu kvôli absencii núl v blízkosti priepustného pásma, čo vedie k suboptimálnemu harmonickému výkonu na vzdialených frekvenciách.
Podobne tolerančná analýza naznačuje lepšiu citlivosť v porovnaní s mikropáskovými linkami.
Záver
Pre dosiahnutie vyšších rýchlostí bezdrôtovej komunikácie 5G je nevyhnutná technológia filtrov mmWave pracujúca na frekvenciách 20 GHz alebo vyšších. Pretrvávajú však problémy, pokiaľ ide o fyzické rozmery, stabilitu tolerancií a zložitosť výroby.
Preto je potrebné starostlivo zvážiť vplyv tolerancií na návrhy. Je zrejmé, že SMT filtre vykazujú väčšiu stabilitu ako mikropáskové a páskové filtre, čo naznačuje, že povrchovo montované SMT filtre sa môžu stať hlavnou voľbou pre budúcu milimetrovú komunikáciu.
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 uverejnenia: 17. júla 2024