Технология фильтрации миллиметровых волн (ммВ) является важнейшим компонентом обеспечения беспроводной связи 5G, однако она сталкивается с многочисленными проблемами с точки зрения физических размеров, производственных допусков и температурной стабильности.
В сфере беспроводной связи 5G основное внимание в будущем будет уделяться использованию частот выше 20 ГГц в диапазоне миллиметровых волн для повышения пропускной способности и, в конечном итоге, повышения скорости передачи данных.
Хорошо известно, что из-за высоких частот и значительных потерь на трассе миллиметровые сигналы требуют использования антенн меньшего размера. Такие антенны группируются вместе, образуя узконаправленные антенные решетки с высоким коэффициентом усиления.
Одна из основных сложностей при проектировании фильтров, особенно высокочастотных, заключается в адаптации к размерам антенны. Кроме того, производственные допуски и температурная стабильность фильтров существенно влияют на все аспекты проектирования и производства изделия.
Ограничения по размеру в технологии mmWave
В традиционных системах антенных решёток расстояние между элементами должно быть меньше половины длины волны (λ/2) для предотвращения помех. Этот принцип в равной степени применим и к антеннам с формированием диаграммы направленности 5G. Например, антенна, работающая в диапазоне 28 ГГц, имеет расстояние между элементами приблизительно 5 мм. Следовательно, компоненты в решётке должны быть чрезвычайно малыми.
Фазированные решетки, используемые в приложениях миллиметрового диапазона, часто имеют планарную структуру, как показано ниже, где антенны (желтые области) монтируются на печатных платах (ПП) (зеленые области), а печатные платы (синие области) могут быть подключены перпендикулярно к антенной плате.
Пространство на этих печатных платах и так минимально, но развивающиеся технологии позволяют создавать еще более компактные плоские конструкции, а это значит, что фильтры и другие печатные блоки должны быть значительно меньше, чтобы их можно было монтировать непосредственно на задней стороне печатной платы антенны.
Влияние производственных допусков на фильтры
Учитывая значимость фильтров миллиметрового диапазона, производственные допуски играют решающую роль, влияя как на производительность фильтра, так и на его стоимость.
Для дальнейшего изучения этих факторов мы сравнили три различных метода изготовления фильтров с частотой 26 ГГц:
В следующей таблице приведены типичные предельные допуски, встречающиеся в производстве:
Влияние допуска на микрополосковые фильтры печатных плат
На рисунке ниже представлена конструкция микрополоскового фильтра.
Кривая моделирования проекта выглядит следующим образом:
Для изучения влияния допусков на этот микрополосковый фильтр на печатной плате были выбраны восемь потенциально экстремальных допусков, выявивших заметные различия.
Влияние допусков на полосковые фильтры печатных плат
Показанная ниже конструкция полоскового фильтра представляет собой семиступенчатую структуру с диэлектрическими платами RO3003 толщиной 30 мил в верхней и нижней части.
Спад менее крутой, а коэффициент прямоугольности хуже, чем у микрополосковой линии из-за отсутствия нулей вблизи полосы пропускания, что приводит к неоптимальным гармоническим характеристикам на дальних частотах.
Аналогично анализ допусков показывает лучшую чувствительность по сравнению с микрополосковыми линиями.
Заключение
Для достижения более высоких скоростей беспроводной связи 5G необходима технология фильтрации миллиметрового диапазона, работающая на частотах 20 ГГц и выше. Однако сохраняются проблемы, связанные с физическими размерами, стабильностью допусков и сложностью производства.
Таким образом, необходимо тщательно учитывать влияние допусков на конструкцию. Очевидно, что фильтры SMT демонстрируют большую стабильность, чем микрополосковые и полосковые фильтры, что позволяет предположить, что фильтры поверхностного монтажа SMT могут стать основным выбором для будущих систем связи миллиметрового диапазона.
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.
Время публикации: 17 июля 2024 г.