Technologie filtru milimetrových vln (mmWave) je klíčovou součástí umožňující běžnou bezdrátovou komunikaci 5G, přesto čelí mnoha výzvám, pokud jde o fyzické rozměry, výrobní tolerance a teplotní stabilitu.
V oblasti běžné bezdrátové komunikace 5G se budoucí zaměření přesune směrem k využívání frekvencí nad 20 GHz v rámci spektra mmWave ke zvýšení kapacity šířky pásma, což v konečném důsledku zvýší přenosové rychlosti.
Je dobře známo, že signály mmWave vyžadují kvůli jejich vysokým frekvencím a značné ztrátě dráhy menší antény. Tyto antény jsou seskupeny a tvoří antény s úzkým paprskem a vysokým ziskem.
Jedna z hlavních obtíží při návrhu filtru spočívá v přizpůsobení se rozměrům antény, zejména u vysokofrekvenčních filtrů. Kromě toho výrobní tolerance a teplotní stabilita filtrů významně ovlivňují každý aspekt návrhu a výroby produktu.
Omezení velikosti v technologii mmWave
V tradičních anténních systémech musí být vzdálenost mezi prvky menší než polovina vlnové délky (λ/2), aby se zabránilo rušení. Tento princip platí rovněž pro 5G beamformingové antény. Například anténa pracující v pásmu 28 GHz má rozteč prvků přibližně 5 mm. V důsledku toho musí být součásti v poli extrémně malé.
Sfázovaná pole používaná v aplikacích mmWave často přijímají planární strukturu, jak je znázorněno níže, kde jsou antény (žluté oblasti) namontovány na desky plošných spojů (PCB) (zelené oblasti) a desky s obvody (modré oblasti) mohou být připojeny kolmo k anténní deska.
Prostor na těchto deskách plošných spojů je již minimální, ale vznikající technologie zkoumají ještě kompaktnější ploché struktury, což znamená, že filtry a další bloky obvodů musí být podstatně menší, aby mohly být namontovány přímo na zadní stranu desky plošných spojů antény.
Vliv výrobních tolerancí na filtry
Vzhledem k významu filtrů mmWave hrají výrobní tolerance klíčovou roli a ovlivňují jak výkon filtru, tak cenu.
Abychom tyto faktory dále prozkoumali, porovnali jsme tři různé způsoby výroby filtrů 26 GHz:
Následující tabulka uvádí typické extrémní tolerance, se kterými se setkáváme ve výrobě:
Tolerance Vliv na mikropáskové filtry PCB
Jak je znázorněno níže, je předvedena konstrukce mikropáskového filtru.
Křivka simulace návrhu je následující:
Pro studium vlivu tolerance na tento mikropáskový filtr PCB bylo vybráno osm potenciálních extrémních tolerancí, které odhalily výrazné rozdíly.
Dopad tolerance na páskové filtry PCB
Konstrukce páskového filtru, znázorněná níže, je sedmistupňová struktura s 30 mil dielektrickými deskami RO3003 nahoře a dole.
Roll-off je méně strmý a pravoúhlý koeficient je nižší než koeficient mikropásku 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 filtru mmWave pracující na frekvencích 20 GHz nebo vyšších. Přetrvávají však problémy, pokud jde o fyzické rozměry, stabilitu tolerance a složitost výroby.
Proto je třeba pečlivě zvážit dopad tolerancí na návrhy. Je zřejmé, že filtry SMT vykazují větší stabilitu než mikropáskové a páskové filtry, což naznačuje, že povrchové filtry SMT se mohou objevit jako hlavní volba pro budoucí komunikaci 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 odeslání: 17. července 2024