Технологията на филтрите с милиметрови вълни (mmWave) е ключов компонент за осъществяване на масова 5G безжична комуникация, но 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 използването на честоти над 20 GHz в рамките на mmWave спектъра за подобряване на капацитета на честотната лента, което в крайна сметка ще увеличи скоростта на предаване.
Добре известно е, че поради високите си честоти и значителните загуби по пътя, милиметровите вълнови сигнали изискват по-малки антени. Тези антени са групирани заедно, за да образуват теснолъчеви антенни решетки с висок коефициент на усилване.
Една от основните трудности при проектирането на филтри е адаптирането им към размерите на антената, особено при високочестотните филтри. Освен това, производствените допуски и температурната стабилност на филтрите оказват значително влияние върху всеки аспект от проектирането и производството на продукта.
Ограничения на размера в mmWave технологията
В традиционните антенни системи разстоянието между елементите трябва да бъде по-малко от половината от дължината на вълната (λ/2), за да се избегнат смущения. Този принцип важи и за 5G антени с формиране на лъча. Например, антена, работеща в честотната лента 28 GHz, има разстояние между елементите от приблизително 5 mm. Следователно, компонентите в антенната решетка трябва да бъдат изключително малки.
Фазовите решетки, използвани в милиметрови вълнови приложения, често приемат планарна структура, както е илюстрирано по-долу, където антените (жълтите зони) са монтирани върху печатни платки (PCB) (зелени зони), а платките (сини зони) могат да бъдат свързани перпендикулярно на платката на антената.
Пространството на тези печатни платки вече е минимално, но нововъзникващите технологии изследват още по-компактни плоски структури, което означава, че филтрите и другите блокове на платките трябва да бъдат значително по-малки, за да бъдат монтирани директно на гърба на печатната платка на антената.
Влияние на производствените толеранси върху филтрите
Като се има предвид значението на mmWave филтрите, производствените допуски играят ключова роля, влияейки както върху производителността на филтъра, така и върху цената му.
За да проучим по-подробно тези фактори, сравнихме три различни метода за производство на филтри за 26 GHz:
Следната таблица очертава типичните екстремни допустими отклонения, срещани в производството:
Влияние на толерантността върху микролентови филтри за печатни платки
Както е показано по-долу, е показан дизайн на микролентов филтър.
Кривата на симулацията на проектиране е следната:
За да се изследва влиянието на толеранса върху този микролентов филтър за печатни платки, бяха избрани осем потенциални екстремни толеранса, разкриващи забележителни разлики.
Влияние на толеранса върху лентовите филтри на печатни платки
Дизайнът на лентовия филтър, показан по-долу, е седемстепенна структура с 30 mil диелектрични платки RO3003 в горната и долната част.
Спадът е по-малко стръмен, а правоъгълният коефициент е по-нисък от този на микролентовата лента поради липсата на нули близо до лентата на пропускане, което води до неоптимални хармонични характеристики при отдалечени честоти.
По подобен начин, анализът на толерансите показва по-добра чувствителност в сравнение с микролентовите линии.
Заключение
За да може 5G безжичната комуникация да постигне по-високи скорости, технологията за филтриране mmWave, работеща на честоти от 20 GHz или по-високи, е задължителна. Въпреки това, продължават да съществуват предизвикателства по отношение на физическите размери, стабилността на толеранса и сложността на производството.
Следователно, влиянието на допустимите отклонения върху дизайна трябва да се обмисли внимателно. 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 основен 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.