Технологията за филтър с милиметрови вълни (mmWave) е решаващ компонент за осигуряване на основната 5G безжична комуникация, но въпреки това е изправена пред множество предизвикателства по отношение на физически размери, производствени толеранси и температурна стабилност.
В сферата на масовата 5G безжична комуникация, бъдещият фокус ще се измести към използване на честоти над 20 GHz в рамките на mmWave спектъра, за да се увеличи капацитетът на честотната лента, като в крайна сметка ще се увеличат скоростите на предаване.
Добре известно е, че поради техните високи честоти и значителна загуба на пътя, mmWave сигналите изискват по-малки антени. Тези антени са групирани заедно, за да образуват антенна решетка с тесен лъч и голямо усилване.
Една от основните трудности при проектирането на филтри се крие в адаптирането към размерите на антената, особено за високочестотни филтри. Освен това, производствените толеранси и температурната стабилност на филтрите оказват значително влияние върху всеки аспект от проектирането и производството на продукта.
Ограничения на размера в технологията mmWave
В традиционните системи с антенна решетка разстоянието между елементите трябва да бъде по-малко от половината от дължината на вълната (λ/2), за да се избегнат смущения. Този принцип се прилага еднакво и за 5G антени за формиране на лъч. Например антена, работеща в честотната лента 28 GHz, има разстояние между елементите приблизително 5 mm. Следователно компонентите в масива трябва да са изключително малки.
Фазовите решетки, използвани в mmWave приложения, често приемат дизайн на планарна структура, както е илюстрирано по-долу, където антените (жълти зони) са монтирани върху печатни платки (PCB) (зелени зони), а платките (сини зони) могат да бъдат свързани перпендикулярно на антенна платка.
Пространството на тези платки вече е минимално, но нововъзникващите технологии изследват още по-компактни плоски структури, което предполага, че филтрите и другите блокове на схеми трябва да бъдат значително по-малки, за да бъдат монтирани директно на гърба на печатната платка на антената.
Въздействие на производствените толеранси върху филтрите
Като се има предвид значението на mmWave филтрите, производствените толеранси играят основна роля, оказвайки влияние както върху производителността на филтъра, така и върху цената.
За да проучим по-нататък тези фактори, сравнихме три различни метода за производство на 26 GHz филтър:
Следната таблица очертава типичните екстремни допустими отклонения, срещани при производството:
Въздействие на толерантност върху микролентови филтри на печатни платки
Както е показано по-долу, е показан дизайн на микролентов филтър.
Симулационната крива на дизайна е както следва:
За да се проучи ефектът на толеранса върху този микролентов филтър на PCB, бяха избрани осем потенциални екстремни толеранса, разкриващи забележителни разлики.
Въздействие на толерантност върху лентови филтри на PCB
Дизайнът на лентовия филтър, показан по-долу, е седемстепенна структура с 30 mil RO3003 диелектрични платки в горната и долната част.
Наклонът е по-малко стръмен и правоъгълният коефициент е по-нисък от този на микролентата поради липсата на нули близо до лентата на пропускане, което води до неоптимално хармонично представяне при отдалечени честоти.
По подобен начин анализът на толеранс показва по-добра чувствителност в сравнение с микролентовите линии.
Заключение
За да може 5G безжичната комуникация да постигне по-високи скорости, mmWave филтърната технология, работеща на 20 GHz или по-високи честоти, е наложителна. Въпреки това продължават да съществуват предизвикателства по отношение на физическите размери, стабилността на толерантността и сложността на производството.
Следователно влиянието на допустимите отклонения върху дизайна трябва да бъде внимателно обмислено. Очевидно е, че SMT филтрите показват по-голяма стабилност от микролентовите и лентовите филтри, което предполага, че SMT филтрите за повърхностен монтаж може да се окажат основният избор за бъдещи mmWave комуникации.
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.
Време на публикуване: 17 юли 2024 г