Technologia filtrów fal milimetrowych (mmWave) jest kluczowym elementem umożliwiającym popularną komunikację bezprzewodową 5G, jednak wiąże się z licznymi wyzwaniami w zakresie wymiarów fizycznych, tolerancji produkcyjnych i stabilności temperatury.
W dziedzinie głównej komunikacji bezprzewodowej 5G w przyszłości uwaga skupi się na wykorzystaniu częstotliwości powyżej 20 GHz w widmie mmWave w celu zwiększenia przepustowości, a ostatecznie zwiększenia szybkości transmisji.
Powszechnie wiadomo, że ze względu na wysokie częstotliwości i znaczną utratę ścieżki sygnały mmWave wymagają mniejszych anten. Anteny te są zgrupowane razem, tworząc anteny szeregowe o wąskiej wiązce i dużym wzmocnieniu.
Jedną z głównych trudności w projektowaniu filtrów jest dostosowanie ich do wymiarów anteny, zwłaszcza w przypadku filtrów wysokich częstotliwości. Dodatkowo tolerancje produkcyjne i stabilność temperaturowa filtrów znacząco wpływają na każdy aspekt projektowania i produkcji produktu.
Ograniczenia rozmiaru w technologii mmWave
W tradycyjnych układach antenowych odstęp między elementami musi być mniejszy niż połowa długości fali (λ/2), aby uniknąć zakłóceń. Zasada ta dotyczy w równym stopniu anten kształtujących wiązkę 5G. Na przykład antena pracująca w paśmie 28 GHz ma odstęp między elementami wynoszący około 5 mm. W związku z tym elementy układu muszą być bardzo małe.
Układy fazowane stosowane w zastosowaniach mmWave często przyjmują konstrukcję planarną, jak pokazano poniżej, gdzie anteny (obszary żółte) są montowane na płytkach drukowanych (PCB) (obszary zielone), a płytki drukowane (obszary niebieskie) można podłączyć prostopadle do płytka antenowa.
Przestrzeń na tych płytkach drukowanych jest już minimalna, ale w nowych technologiach badane są jeszcze bardziej zwarte, płaskie konstrukcje, co oznacza, 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 koszt.
Aby dokładniej zbadać te czynniki, porównaliśmy trzy różne metody produkcji filtrów 26 GHz:
Poniższa tabela przedstawia typowe ekstremalne tolerancje spotykane w produkcji:
Wpływ tolerancji na filtry mikropaskowe PCB
Jak pokazano poniżej, przedstawiono konstrukcję filtra mikropaskowego.
Krzywa symulacji projektu wygląda następująco:
Aby zbadać wpływ tolerancji na ten filtr mikropaskowy PCB, wybrano osiem potencjalnych skrajnych tolerancji, ujawniając zauważalne różnice.
Wpływ tolerancji na filtry paskowe PCB
Pokazany poniżej filtr paskowy to siedmiostopniowa konstrukcja z płytkami dielektrycznymi RO3003 o grubości 30 mil na górze i na dole.
Odchylenie jest mniej strome, a współczynnik prostokątny jest gorszy od współczynnika mikropaska ze względu na brak zer w pobliżu pasma przepustowego, co skutkuje suboptymalną wydajnością harmoniczną na odległych częstotliwościach.
Podobnie analiza tolerancji wskazuje na lepszą czułość w porównaniu z liniami mikropaskowymi.
Wniosek
Aby komunikacja bezprzewodowa 5G mogła osiągnąć większą prędkość, niezbędna jest technologia filtrów mmWave działająca na częstotliwościach 20 GHz lub wyższych. Jednakże nadal istnieją wyzwania dotyczące wymiarów fizycznych, stabilności tolerancji i złożoności produkcji.
Dlatego należy dokładnie rozważyć wpływ tolerancji na projekty. Jest oczywiste, że filtry SMT wykazują większą stabilność niż filtry mikropaskowe i paskowe, co sugeruje, że filtry SMT do montażu powierzchniowego mogą okazać się głównym wyborem w przyszłej komunikacji 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.
Czas publikacji: 17 lipca 2024 r