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 komunikacji 5G w przyszłości nacisk zostanie położony na wykorzystanie częstotliwości powyżej 20 GHz w paśmie fal milimetrowych (mmWave) w celu zwiększenia przepustowości pasma, co ostatecznie przełoży się na zwiększenie szybkości transmisji.
Wiadomo, że ze względu na wysokie częstotliwości i znaczną utratę sygnału mmWave wymagają mniejszych anten. Anteny te są grupowane razem, tworząc wąskopasmowe anteny o wysokim wzmocnieniu.
Jedną z głównych trudności w projektowaniu filtrów jest dostosowanie się do wymiarów anteny, zwłaszcza w przypadku filtrów o wysokiej częstotliwości. Ponadto tolerancje produkcyjne i stabilność temperaturowa filtrów znacząco wpływają 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 zastosowanie również do anten kształtujących wiązkę 5G. Na przykład antena działająca w paśmie 28 GHz ma odstęp między elementami wynoszący około 5 mm. W związku z tym elementy w obrębie układu muszą być niezwykle małe.
Układy fazowane stosowane w zastosowaniach milimetrowych fal często wykorzystują strukturę planarną, jak pokazano poniżej, w której anteny (żółte obszary) są zamontowane na płytkach drukowanych (PCB) (zielone obszary), a płytki drukowane (niebieskie obszary) można podłączyć prostopadle do płytki anteny.
Miejsca na tych płytkach drukowanych jest już niewiele, 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
Pokazana poniżej konstrukcja filtra pasmowego to siedmiostopniowa struktura z płytkami dielektrycznymi RO3003 o grubości 30 mil u góry i u dołu.
Spadek sygnału jest mniej stromy, a współczynnik prostokątny jest gorszy niż w przypadku mikropaska ze względu na brak zer w pobliżu pasma przepustowego, co skutkuje suboptymalną wydajnością harmoniczną w odległych częstotliwościach.
Podobnie analiza tolerancji wskazuje na lepszą czułość w porównaniu z liniami mikropaskowymi.
Wniosek
Aby komunikacja bezprzewodowa 5G osiągnęła większe prędkości, technologia filtrów mmWave działająca na częstotliwościach 20 GHz lub wyższych jest niezbędna. Jednak wyzwania dotyczące wymiarów fizycznych, stabilności tolerancji i złożoności produkcji nadal istnieją.
Dlatego wpływ tolerancji na projekty musi być starannie rozważony. Oczywiste jest, że filtry SMT wykazują większą stabilność niż filtry mikropaskowe i paskowe, co sugeruje, że filtry montowane powierzchniowo SMT mogą stać się głównym wyborem dla 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: 17-07-2024