Technologia filtrów fal milimetrowych (mmWave) jest kluczowym elementem umożliwiającym powszechną komunikację bezprzewodową 5G, ale wiąże się z nią wiele wyzwań pod względem wymiarów fizycznych, tolerancji produkcyjnych i stabilności temperaturowej.
W obszarze głównej sieci bezprzewodowej 5G w przyszłości nacisk zostanie przesunięty w kierunku wykorzystania częstotliwości powyżej 20 GHz w paśmie fal milimetrowych (mmWave) w celu zwiększenia przepustowości, co ostatecznie przełoży się na wzrost szybkości transmisji.
Powszechnie wiadomo, że ze względu na wysokie częstotliwości i znaczną utratę sygnału, sygnały milimetrowe wymagają mniejszych anten. Anteny te są grupowane w wąskie pasma anten o wysokim zysku.
Jedną z głównych trudności w projektowaniu filtrów jest dostosowanie ich do wymiarów anteny, zwłaszcza w przypadku filtrów wysokoczęstotliwościowych. Ponadto tolerancje produkcyjne i stabilność temperaturowa filtrów mają istotny wpływ na każdy aspekt projektowania i produkcji produktu.
Ograniczenia rozmiaru w technologii mmWave
W tradycyjnych systemach antenowych, odstęp między elementami musi być mniejszy niż połowa długości fali (λ/2), aby uniknąć zakłóceń. Zasada ta ma również zastosowanie do anten formujących wiązkę 5G. Na przykład, antena działająca w paśmie 28 GHz ma odstęp między elementami wynoszący około 5 mm. W związku z tym elementy w układzie muszą być niezwykle małe.
Układy fazowane stosowane w aplikacjach mmWave często wykorzystują strukturę płaską, jak pokazano poniżej, w której anteny (żółte obszary) są zamontowane na płytkach drukowanych (PCB) (zielone obszary), a płytki drukowane (niebieskie obszary) mogą być podłączone prostopadle do płytki anteny.
Przestrzeń na tych płytkach drukowanych jest już minimalna, ale nowe technologie pozwalają na tworzenie jeszcze bardziej kompaktowych, płaskich struktur. Oznacza to, że filtry i inne bloki obwodów muszą być znacznie mniejsze, aby można je było zamontować bezpośrednio z tyłu płytki PCB anteny.
Wpływ tolerancji produkcyjnych na filtry
Biorąc pod uwagę znaczenie filtrów mmWave, tolerancje produkcyjne odgrywają kluczową rolę, wpływając zarówno na wydajność filtra, jak i na jego cenę.
Aby dokładniej zbadać te czynniki, porównaliśmy trzy różne metody produkcji filtrów 26 GHz:
W poniższej tabeli przedstawiono typowe ekstremalne tolerancje spotykane w produkcji:
Wpływ tolerancji na filtry mikropaskowe PCB
Jak pokazano poniżej, zaprezentowano konstrukcję filtra mikropaskowego.
Krzywa symulacji projektu wygląda następująco:
Aby zbadać wpływ tolerancji na ten mikropaskowy filtr PCB, wybrano osiem potencjalnie ekstremalnych tolerancji, ujawniających istotne różnice.
Wpływ tolerancji na filtry paskowe PCB
Projekt filtru pasmowego pokazany poniżej to struktura siedmiostopniowa z płytkami dielektrycznymi RO3003 o grubości 30 mil na górze i na dole.
Spadek sygnału jest mniejszy, a współczynnik prostokątny jest gorszy niż w przypadku mikropaska ze względu na brak zer w pobliżu pasma przenoszenia, co skutkuje suboptymalną wydajnością harmonicznych w odległych częstotliwościach.
Podobnie analiza tolerancji wskazuje na lepszą czułość w porównaniu z liniami mikropaskowymi.
Wniosek
Aby komunikacja bezprzewodowa 5G osiągnęła większe prędkości, niezbędna jest technologia filtrów mmWave działająca w częstotliwościach 20 GHz lub wyższych. Nadal jednak istnieją wyzwania związane z wymiarami fizycznymi, stabilnością tolerancji i złożonością produkcji.
W związku z tym należy starannie rozważyć wpływ tolerancji na projekty. Oczywiste jest, że filtry SMT charakteryzują się większą stabilnością niż filtry mikropaskowe i paskowe, co sugeruje, że filtry SMT do montażu powierzchniowego mogą stać się głównym wyborem w przyszłej komunikacji milimetrowej.
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.
Czas publikacji: 17 lipca 2024 r.