Η τεχνολογία φίλτρου κυμάτων χιλιοστών (mmWave) είναι ένα κρίσιμο στοιχείο για την ενεργοποίηση της κύριας ασύρματης επικοινωνίας 5G, ωστόσο αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις όσον αφορά τις φυσικές διαστάσεις, τις ανοχές κατασκευής και τη σταθερότητα της θερμοκρασίας.
Στη σφαίρα της κύριας ασύρματης επικοινωνίας 5G, η μελλοντική εστίαση θα στραφεί προς τη χρήση συχνοτήτων άνω των 20 GHz εντός του φάσματος mmWave για την ενίσχυση της χωρητικότητας εύρους ζώνης, ενισχύοντας τελικά τους ρυθμούς μετάδοσης.
Είναι γνωστό ότι λόγω των υψηλών συχνοτήτων τους και της σημαντικής απώλειας διαδρομής, τα σήματα mmWave απαιτούν μικρότερες κεραίες. Αυτές οι κεραίες ομαδοποιούνται για να σχηματίσουν κεραίες συστοιχίας στενής δέσμης, υψηλής απολαβής.
Μία από τις κύριες δυσκολίες στο σχεδιασμό του φίλτρου έγκειται στην προσαρμογή στις διαστάσεις της κεραίας, ειδικά για φίλτρα υψηλής συχνότητας. Επιπλέον, οι ανοχές κατασκευής και η σταθερότητα θερμοκρασίας των φίλτρων επηρεάζουν σημαντικά κάθε πτυχή του σχεδιασμού και της παραγωγής του προϊόντος.
Περιορισμοί μεγέθους στην τεχνολογία mmWave
Στα παραδοσιακά συστήματα συστοιχίας κεραιών, η απόσταση μεταξύ των στοιχείων πρέπει να είναι μικρότερη από το μισό του μήκους κύματος (λ/2) για την αποφυγή παρεμβολών. Αυτή η αρχή ισχύει εξίσου για τις κεραίες μορφοποίησης δέσμης 5G. Για παράδειγμα, μια κεραία που λειτουργεί στη ζώνη των 28 GHz έχει απόσταση στοιχείων περίπου 5 mm. Κατά συνέπεια, τα εξαρτήματα εντός της συστοιχίας πρέπει να είναι εξαιρετικά μικρά.
Οι συστοιχίες φάσεων που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές mmWave συχνά υιοθετούν μια επίπεδη σχεδίαση δομής, όπως φαίνεται παρακάτω, όπου οι κεραίες (κίτρινες περιοχές) είναι τοποθετημένες σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) (πράσινες περιοχές) και οι πλακέτες κυκλωμάτων (μπλε περιοχές) μπορούν να συνδεθούν κάθετα στο πλακέτα κεραίας.
Ο χώρος σε αυτές τις πλακέτες κυκλωμάτων είναι ήδη ελάχιστος, αλλά οι αναδυόμενες τεχνολογίες εξερευνούν ακόμη πιο συμπαγείς επίπεδες δομές, υπονοώντας ότι τα φίλτρα και άλλα μπλοκ κυκλωμάτων πρέπει να είναι σημαντικά μικρότερα για να τοποθετηθούν απευθείας στο πίσω μέρος του PCB της κεραίας.
Επίδραση των ανοχών παραγωγής στα φίλτρα
Δεδομένης της σημασίας των φίλτρων mmWave, οι ανοχές κατασκευής παίζουν καθοριστικό ρόλο, επηρεάζοντας τόσο την απόδοση όσο και το κόστος του φίλτρου.
Για να διερευνήσουμε περαιτέρω αυτούς τους παράγοντες, συγκρίναμε τρεις διαφορετικές μεθόδους κατασκευής φίλτρων 26 GHz:
Ο παρακάτω πίνακας περιγράφει τις τυπικές ακραίες ανοχές που συναντώνται στην παραγωγή:
Επίδραση ανοχής στα φίλτρα μικροταινιών PCB
Όπως απεικονίζεται παρακάτω, παρουσιάζεται ένα σχέδιο φίλτρου microstrip.
Η καμπύλη προσομοίωσης σχεδίασης έχει ως εξής:
Για να μελετηθεί η επίδραση της ανοχής σε αυτό το φίλτρο microstrip PCB, επιλέχθηκαν οκτώ πιθανές ακραίες ανοχές, αποκαλύπτοντας αξιοσημείωτες διαφορές.
Επίδραση ανοχής στα φίλτρα stripline PCB
Ο σχεδιασμός του φίλτρου stripline, που φαίνεται παρακάτω, είναι μια δομή επτά σταδίων με διηλεκτρικές σανίδες RO3003 30 mil στο επάνω και στο κάτω μέρος.
Το roll-off είναι λιγότερο απότομο και ο ορθογώνιος συντελεστής είναι κατώτερος από αυτόν της μικρολωρίδας λόγω της απουσίας μηδενικών κοντά στη ζώνη διέλευσης, με αποτέλεσμα τη μη βέλτιστη αρμονική απόδοση σε μακρινές συχνότητες.
Ομοίως, μια ανάλυση ανοχής δείχνει καλύτερη ευαισθησία σε σύγκριση με τις γραμμές μικροταινιών.
Σύναψη
Προκειμένου η ασύρματη επικοινωνία 5G να επιτυγχάνει μεγαλύτερες ταχύτητες, η τεχνολογία φίλτρου mmWave που λειτουργεί στα 20 GHz ή υψηλότερες συχνότητες είναι επιτακτική. Ωστόσο, οι προκλήσεις εξακολουθούν να υφίστανται όσον αφορά τις φυσικές διαστάσεις, τη σταθερότητα της ανοχής και την πολυπλοκότητα της κατασκευής.
Επομένως, ο αντίκτυπος των ανοχών στα σχέδια πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά. Είναι προφανές ότι τα φίλτρα SMT παρουσιάζουν μεγαλύτερη σταθερότητα από τα φίλτρα microstrip και stripline, υποδηλώνοντας ότι τα φίλτρα επιφανειακής τοποθέτησης SMT ενδέχεται να προκύψουν ως η κύρια επιλογή για μελλοντικές επικοινωνίες 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.
Ώρα δημοσίευσης: 17 Ιουλίου 2024