Tehnologija filtrov milimetrskih valov (mmWave) je ključna komponenta za omogočanje običajne brezžične komunikacije 5G, vendar se sooča s številnimi izzivi glede fizičnih dimenzij, proizvodnih toleranc in temperaturne stabilnosti.
Na področju običajne brezžične komunikacije 5G se bo prihodnji poudarek preusmeril na uporabo frekvenc nad 20 GHz znotraj milimetrskega valovnega spektra za povečanje pasovne širine in s tem na koncu hitrosti prenosa.
Dobro je znano, da milimetrski valovni signali zaradi visokih frekvenc in znatne izgube poti zahtevajo manjše antene. Te antene so združene v ozkosnopne antenske matrike z visokim ojačanjem.
Ena glavnih težav pri načrtovanju filtrov je prilagajanje dimenzijam antene, zlasti pri visokofrekvenčnih filtrih. Poleg tega proizvodne tolerance in temperaturna stabilnost filtrov pomembno vplivajo na vse vidike načrtovanja in proizvodnje izdelka.
Omejitve velikosti v mmWave tehnologiji
V tradicionalnih sistemih antenskih nizov mora biti razmik med elementi manjši od polovice valovne dolžine (λ/2), da se prepreči interferenca. To načelo velja tudi za antene za oblikovanje žarka 5G. Na primer, antena, ki deluje v pasu 28 GHz, ima razmik med elementi približno 5 mm. Posledično morajo biti komponente znotraj niza izjemno majhne.
Fazni antenski nizi, ki se uporabljajo v aplikacijah milimetrskih valov, pogosto uporabljajo planarno strukturo, kot je prikazano spodaj, kjer so antene (rumena območja) nameščene na tiskanih vezjih (PCB) (zelena območja), tiskana vezja (modra območja) pa so lahko priključena pravokotno na antensko ploščo.
Prostor na teh tiskanih vezjih je že tako minimalen, vendar nove tehnologije raziskujejo še bolj kompaktne ravne strukture, kar pomeni, da morajo biti filtri in drugi bloki vezij bistveno manjši, da jih je mogoče namestiti neposredno na zadnjo stran tiskanega vezja antene.
Vpliv proizvodnih toleranc na filtre
Glede na pomen filtrov mmWave imajo proizvodne tolerance ključno vlogo, ki vplivajo tako na delovanje filtra kot na stroške.
Za nadaljnjo raziskavo teh dejavnikov smo primerjali tri različne metode izdelave filtrov za 26 GHz:
V naslednji tabeli so opisane tipične ekstremne tolerance, ki se pojavljajo v proizvodnji:
Vpliv tolerance na mikrotrakaste filtre na tiskanih vezjih
Kot je prikazano spodaj, je prikazana zasnova mikrotrakastega filtra.
Krivulja simulacije načrtovanja je naslednja:
Za preučevanje vpliva tolerance na ta mikrotrakasti filter na tiskanem vezju je bilo izbranih osem potencialnih ekstremnih toleranc, ki so pokazale opazne razlike.
Vpliv tolerance na trakaste filtre na tiskanih vezjih
Zasnova trakastega filtra, prikazana spodaj, je sedemstopenjska struktura z dielektričnimi ploščami RO3003 debeline 30 mil na vrhu in dnu.
Padec je manj strm, pravokotni koeficient pa je slabši od koeficienta mikrotrakastega signala zaradi odsotnosti ničel v bližini prepustnega pasu, kar ima za posledico neoptimalno harmonično delovanje na oddaljenih frekvencah.
Podobno tolerančna analiza kaže na boljšo občutljivost v primerjavi z mikrotrakastimi linijami.
Zaključek
Za doseganje višjih hitrosti brezžične komunikacije 5G je nujna tehnologija filtrov mmWave, ki deluje na frekvencah 20 GHz ali višjih. Vendar pa še vedno obstajajo izzivi glede fizičnih dimenzij, stabilnosti toleranc in zahtevnosti proizvodnje.
Zato je treba skrbno pretehtati vpliv toleranc na zasnovo. Očitno je, da SMT filtri kažejo večjo stabilnost kot mikrotrakasti in trakasti filtri, kar kaže na to, da bi lahko površinsko nameščeni SMT filtri postali glavna izbira za prihodnje komunikacije v 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 objave: 17. julij 2024