Technologie filtrů milimetrových vln (mmWave) je klíčovou součástí pro umožnění běžné bezdrátové komunikace 5G, přesto čelí řadě výzev, pokud jde o fyzické rozměry, výrobní tolerance a teplotní stabilitu.
V oblasti běžné bezdrátové komunikace 5G se budoucí pozornost přesune k využití frekvencí nad 20 GHz v rámci mmWave spektra pro zvýšení šířky pásma a v konečném důsledku i pro zvýšení přenosových rychlostí.
Je dobře známo, že kvůli vysokým frekvencím a značným ztrátám na dráze vyžadují signály milimetrových vln menší antény. Tyto antény jsou seskupeny a tvoří úzkopásmové anténní soustavy s vysokým ziskem.
Jednou z hlavních obtíží při návrhu filtrů je přizpůsobení se rozměrům antény, zejména u vysokofrekvenčních filtrů. Výrobní tolerance a teplotní stabilita filtrů navíc významně ovlivňují všechny aspekty návrhu a výroby produktu.
Omezení velikosti v mmWave technologii
V tradičních systémech anténních soustav musí být rozteč mezi prvky menší než polovina vlnové délky (λ/2), aby se zabránilo rušení. Tato zásada platí stejně tak pro antény 5G s tvarováním paprsku. Například anténa pracující v pásmu 28 GHz má rozteč mezi prvky přibližně 5 mm. V důsledku toho musí být komponenty v soustavě extrémně malé.
Fázované anténní soustavy používané v aplikacích mmWave často používají planární strukturu, jak je znázorněno níže, kde antény (žluté oblasti) jsou namontovány na deskách plošných spojů (PCB) (zelené oblasti) a desky plošných spojů (modré oblasti) lze připojit kolmo k desce antény.
Prostor na těchto deskách plošných spojů je již tak minimální, ale nově vznikající technologie zkoumají ještě kompaktnější ploché struktury, což znamená, že filtry a další bloky obvodů musí být výrazně menší, aby se daly namontovat přímo na zadní stranu desky plošných spojů antény.
Vliv výrobních tolerancí na filtry
Vzhledem k významu mmWave filtrů hrají klíčovou roli výrobní tolerance, které ovlivňují jak výkon filtru, tak i jeho cenu.
Pro další zkoumání těchto faktorů jsme porovnali tři odlišné metody výroby filtrů k frekvenci 26 GHz:
Následující tabulka shrnuje typické extrémní tolerance, se kterými se setkáváme ve výrobě:
Vliv tolerance na mikropáskové filtry na deskách plošných spojů
Jak je znázorněno níže, je znázorněn návrh mikropáskového filtru.
Křivka návrhové simulace je následující:
Pro studium vlivu tolerance na tento mikropáskový filtr na desce plošných spojů bylo vybráno osm potenciálních extrémních tolerancí, které odhalily významné rozdíly.
Vliv tolerance na páskové filtry na desce plošných spojů
Konstrukce páskového filtru, znázorněná níže, je sedmistupňová struktura s dielektrickými deskami RO3003 o tloušťce 30 mil nahoře a dole.
Klesání je méně strmé a obdélníkový koeficient je horší než u mikropáskového signálu kvůli absenci nul v blízkosti propustného pásma, což má za následek suboptimální harmonický výkon na vzdálených frekvencích.
Podobně toleranční analýza ukazuje lepší citlivost ve srovnání s mikropáskovými linkami.
Závěr
Pro dosažení vyšších rychlostí bezdrátové komunikace 5G je nezbytná technologie filtrů mmWave pracující na frekvencích 20 GHz nebo vyšších. Přetrvávají však problémy, pokud jde o fyzické rozměry, stabilitu tolerancí a složitost výroby.
Proto je nutné pečlivě zvážit dopad tolerancí na návrh. Je zřejmé, že SMT filtry vykazují větší stabilitu než mikropáskové a páskové filtry, což naznačuje, že povrchově montované SMT filtry by se mohly stát hlavní volbou pro budoucí milimetrové vlnové komunikace.
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 zveřejnění: 17. července 2024