Tehnologija milimetarskih (mmWave) filtera je ključna komponenta u omogućavanju mainstream 5G bežične komunikacije, ali se suočava s brojnim izazovima u pogledu fizičkih dimenzija, proizvodnih tolerancija i temperaturne stabilnosti.
U području mainstream 5G bežične komunikacije, budući fokus će se pomjeriti ka korištenju frekvencija iznad 20 GHz unutar mmWave spektra kako bi se povećao kapacitet propusnog opsega, što će u konačnici povećati brzine prijenosa.
Dobro je poznato da zbog visokih frekvencija i značajnog gubitka puta, milimetarski talasni signali zahtijevaju manje antene. Ove antene su grupirane zajedno kako bi formirale antenski niz uskog snopa i visokog pojačanja.
Jedna od glavnih poteškoća u dizajnu filtera leži u prilagođavanju dimenzijama antene, posebno kod visokofrekventnih filtera. Pored toga, proizvodne tolerancije i temperaturna stabilnost filtera značajno utiču na svaki aspekt dizajna i proizvodnje proizvoda.
Ograničenja veličine u mmWave tehnologiji
U tradicionalnim sistemima antenskih nizova, razmak između elemenata mora biti manji od polovine talasne dužine (λ/2) kako bi se izbjegla interferencija. Ovaj princip se podjednako odnosi i na 5G antene za formiranje snopa. Na primjer, antena koja radi u opsegu od 28 GHz ima razmak između elemenata od približno 5 mm. Posljedično, komponente unutar niza moraju biti izuzetno male.
Fazni nizovi koji se koriste u mmWave primjenama često usvajaju planarni strukturni dizajn, kao što je ilustrovano ispod, gdje su antene (žuta područja) montirane na štampane ploče (PCB) (zelena područja), a štampane ploče (plava područja) mogu biti povezane okomito na ploču antene.
Prostor na ovim štampanim pločama je već minimalan, ali nove tehnologije istražuju još kompaktnije ravne strukture, što implicira da filteri i drugi blokovi kola moraju biti znatno manji da bi se montirali direktno na stražnju stranu PCB-a antene.
Utjecaj proizvodnih tolerancija na filtere
S obzirom na značaj mmWave filtera, proizvodne tolerancije igraju ključnu ulogu, utičući i na performanse filtera i na cijenu.
Da bismo dalje istražili ove faktore, uporedili smo tri različite metode proizvodnje filtera od 26 GHz:
Sljedeća tabela prikazuje tipične ekstremne tolerancije koje se susreću u proizvodnji:
Utjecaj tolerancije na mikrostripne filtere na PCB ploči
Kao što je prikazano ispod, prikazan je dizajn mikrostripnog filtera.
Kriva simulacije dizajna je sljedeća:
Da bi se proučio uticaj tolerancije na ovaj mikrostripni filter na PCB ploči, odabrano je osam potencijalnih ekstremnih tolerancija, što je otkrilo značajne razlike.
Utjecaj tolerancije na PCB trakaste filtere
Dizajn stripline filtera, prikazan ispod, je sedmostepena struktura sa 30 mil RO3003 dielektričnim pločama na vrhu i dnu.
Opadanje je manje strmo, a pravokutni koeficijent je inferiorniji u odnosu na mikrostripni zbog odsustva nula u blizini propusnog opsega, što rezultira suboptimalnim harmonijskim performansama na udaljenim frekvencijama.
Slično tome, analiza tolerancije pokazuje bolju osjetljivost u poređenju sa mikrostripnim linijama.
Zaključak
Da bi 5G bežična komunikacija postigla veće brzine, neophodna je mmWave tehnologija filtera koja radi na frekvencijama od 20 GHz ili više. Međutim, izazovi i dalje postoje u pogledu fizičkih dimenzija, stabilnosti tolerancije i složenosti proizvodnje.
Stoga se utjecaj tolerancija na dizajn mora pažljivo razmotriti. Očigledno je da SMT filteri pokazuju veću stabilnost od mikrostripnih i stripline filtera, što sugerira da bi SMT površinski montirani filteri mogli postati glavni izbor za buduće mmWave komunikacije.
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.
Vrijeme objave: 17. juli 2024.