Tehnologia de filtrare cu unde milimetrice (mmWave) este o componentă crucială în permiterea comunicării wireless 5G mainstream, însă se confruntă cu numeroase provocări în ceea ce privește dimensiunile fizice, toleranțele de fabricație și stabilitatea temperaturii.
În domeniul comunicațiilor wireless 5G mainstream, accentul viitor se va îndrepta către utilizarea frecvențelor peste 20 GHz în spectrul mmWave pentru a îmbunătăți capacitatea lățimii de bandă, crescând în cele din urmă ratele de transmisie.
Este bine cunoscut faptul că, din cauza frecvențelor lor ridicate și a pierderilor semnificative pe cale, semnalele mmWave necesită antene mai mici. Aceste antene sunt grupate pentru a forma antene cu matrice de fascicul îngust și câștig ridicat.
Una dintre principalele dificultăți în proiectarea filtrelor constă în adaptarea la dimensiunile antenei, în special pentru filtrele de înaltă frecvență. În plus, toleranțele de fabricație și stabilitatea temperaturii filtrelor au un impact semnificativ asupra fiecărui aspect al proiectării și producției produsului.
Restricții de dimensiune în tehnologia mmWave
În sistemele tradiționale de antene, distanța dintre elemente trebuie să fie mai mică de jumătate din lungimea de undă (λ/2) pentru a evita interferențele. Acest principiu se aplică în egală măsură antenelor 5G cu fascicul. De exemplu, o antenă care funcționează în banda de 28 GHz are o distanță între elemente de aproximativ 5 mm. Prin urmare, componentele din cadrul antenei trebuie să fie extrem de mici.
Rețelele de semnal fazate utilizate în aplicații mmWave adoptă adesea un design cu structură planară, așa cum este ilustrat mai jos, unde antenele (zonele galbene) sunt montate pe plăci de circuite imprimate (PCB) (zonele verzi), iar plăcile de circuite (zonele albastre) pot fi conectate perpendicular pe placa antenei.
Spațiul de pe aceste plăci de circuit este deja minim, dar tehnologiile emergente explorează structuri plate și mai compacte, ceea ce implică faptul că filtrele și alte blocuri de circuit trebuie să fie semnificativ mai mici pentru a fi montate direct pe spatele PCB-ului antenei.
Impactul toleranțelor de fabricație asupra filtrelor
Având în vedere importanța filtrelor mmWave, toleranțele de fabricație joacă un rol esențial, influențând atât performanța, cât și costul filtrului.
Pentru a investiga în continuare acești factori, am comparat trei metode distincte de fabricare a filtrelor de 26 GHz:
Următorul tabel prezintă toleranțele extreme tipice întâlnite în producție:
Impactul toleranței asupra filtrelor microstrip PCB
Așa cum este prezentat mai jos, este prezentat un design de filtru microstrip.
Curba de simulare a proiectării este următoarea:
Pentru a studia efectul toleranței asupra acestui filtru microstrip PCB, au fost selectate opt toleranțe extreme potențiale, care au relevat diferențe notabile.
Impactul toleranței asupra filtrelor Stripline pentru PCB
Designul filtrului stripline, prezentat mai jos, este o structură în șapte etape, cu plăci dielectrice RO3003 de 30 mil în partea superioară și inferioară.
Atenuarea este mai puțin abruptă, iar coeficientul dreptunghiular este inferior celui al microstripului din cauza absenței zerourilor în apropierea benzii de trecere, rezultând o performanță armonică suboptimă la frecvențe îndepărtate.
În mod similar, o analiză a toleranței indică o sensibilitate mai bună în comparație cu liniile microstrip.
Concluzie
Pentru ca comunicațiile wireless 5G să atingă viteze mai mari, tehnologia de filtrare mmWave care funcționează la frecvențe de 20 GHz sau mai mari este imperativă. Cu toate acestea, persistă provocări în ceea ce privește dimensiunile fizice, stabilitatea toleranței și complexitatea fabricației.
Prin urmare, impactul toleranțelor asupra proiectelor trebuie luat în considerare cu atenție. Este evident că filtrele SMT prezintă o stabilitate mai mare decât filtrele microstrip și stripline, ceea ce sugerează că filtrele SMT cu montare la suprafață ar putea deveni alegerea principală pentru viitoarele comunicații 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.
Data publicării: 17 iulie 2024