Η τεχνολογία φίλτρου χιλιοστομετρικού κύματος (mmWave) είναι ένα κρίσιμο στοιχείο για την ενεργοποίηση της ασύρματης επικοινωνίας 5G, ωστόσο αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις όσον αφορά τις φυσικές διαστάσεις, τις ανοχές κατασκευής και τη σταθερότητα της θερμοκρασίας.
Στον τομέα της mainstream ασύρματης επικοινωνίας 5G, η μελλοντική εστίαση θα μετατοπιστεί 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 στενής δέσμης και υψηλής απολαβής.
Μία από τις κύριες δυσκολίες στο σχεδιασμό φίλτρων έγκειται στην προσαρμογή στις διαστάσεις της κεραίας, ειδικά για φίλτρα υψηλής συχνότητας. Επιπλέον, οι κατασκευαστικές ανοχές και η σταθερότητα θερμοκρασίας των φίλτρων επηρεάζουν σημαντικά κάθε πτυχή του σχεδιασμού και της παραγωγής προϊόντων.
Περιορισμοί μεγέθους στην τεχνολογία mmWave
Στα παραδοσιακά συστήματα συστοιχιών 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 και για τις κεραίες διαμόρφωσης δέσμης 5G. Για παράδειγμα, μια κεραία που λειτουργεί στη ζώνη των 28 GHz έχει απόσταση μεταξύ των στοιχείων περίπου 5 mm. Κατά συνέπεια, τα εξαρτήματα εντός της συστοιχίας πρέπει να είναι εξαιρετικά μικρά.
Οι φάσεις που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές mmWave συχνά υιοθετούν ένα σχέδιο επίπεδης 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 στην πλακέτα κεραίας.
Ο χώρος σε αυτές τις πλακέτες κυκλωμάτων είναι ήδη ελάχιστος, αλλά οι αναδυόμενες τεχνολογίες εξερευνούν ακόμη πιο συμπαγείς επίπεδες δομές, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα φίλτρα και άλλα μπλοκ κυκλωμάτων πρέπει να είναι σημαντικά μικρότερα για να τοποθετηθούν απευθείας στο πίσω μέρος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος της κεραίας.
Επίδραση των ανοχών κατασκευής στα φίλτρα
Δεδομένης της σημασίας των φίλτρων mmWave, οι κατασκευαστικές ανοχές παίζουν καθοριστικό ρόλο, επηρεάζοντας τόσο την απόδοση του φίλτρου όσο και το κόστος.
Για να διερευνήσουμε περαιτέρω αυτούς τους παράγοντες, συγκρίναμε τρεις ξεχωριστές μεθόδους κατασκευής φίλτρων 26 GHz:
Ο παρακάτω πίνακας περιγράφει τις τυπικές ακραίες ανοχές που συναντώνται στην παραγωγή:
Αντίκτυπος ανοχής στα φίλτρα μικροταινιών PCB
Όπως απεικονίζεται παρακάτω, παρουσιάζεται ένα σχέδιο φίλτρου μικρολωρίδας.
Η καμπύλη προσομοίωσης σχεδιασμού έχει ως εξής:
Για να μελετηθεί η επίδραση της ανοχής σε αυτό το φίλτρο μικροταινίας PCB, επιλέχθηκαν οκτώ πιθανές ακραίες ανοχές, αποκαλύπτοντας αξιοσημείωτες διαφορές.
Επίδραση ανοχής στα φίλτρα stripline PCB
Ο σχεδιασμός του φίλτρου με ταινία, που φαίνεται παρακάτω, είναι μια δομή επτά σταδίων με διηλεκτρικές πλάκες RO3003 πάχους 30 mil στο πάνω και στο κάτω μέρος.
Η κύλιση είναι λιγότερο απότομη και ο ορθογώνιος συντελεστής είναι κατώτερος από αυτόν της μικρολωρίδας λόγω της απουσίας μηδενικών κοντά στη ζώνη διέλευσης, με αποτέλεσμα μη βέλτιστη αρμονική απόδοση σε απομακρυσμένες συχνότητες.
Ομοίως, μια ανάλυση ανοχής υποδεικνύει καλύτερη ευαισθησία σε σύγκριση με τις γραμμές μικρολωρίδας.
Σύναψη
Για να επιτευχθούν μεγαλύτερες ταχύτητες μέσω ασύρματης επικοινωνίας 5G, η τεχνολογία φίλτρου mmWave που λειτουργεί σε συχνότητες 20 GHz ή υψηλότερες είναι επιτακτική. Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν προκλήσεις όσον αφορά τις φυσικές διαστάσεις, τη σταθερότητα ανοχής και την πολυπλοκότητα κατασκευής.
Επομένως, η επίδραση των ανοχών στα σχέδια πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά. Είναι προφανές ότι τα φίλτρα SMT παρουσιάζουν μεγαλύτερη σταθερότητα από τα φίλτρα μικροταινιών και τα φίλτρα stripline, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα φίλτρα επιφανειακής τοποθέτησης SMT μπορεί να αναδειχθούν 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