Технология фильтрации миллиметровых волн (mmWave) является важнейшим компонентом обеспечения массовой беспроводной связи 5G, однако она сталкивается с многочисленными проблемами с точки зрения физических размеров, производственных допусков и температурной стабильности.
В сфере массовой беспроводной связи 5G в будущем фокус сместится в сторону использования частот выше 20 ГГц в диапазоне миллиметровых волн для увеличения пропускной способности, что в конечном итоге повысит скорость передачи данных.
Хорошо известно, что из-за высоких частот и значительных потерь на трассе сигналы миллиметрового диапазона требуют антенн меньшего размера. Эти антенны сгруппированы вместе, образуя узконаправленные антенные решетки с высоким коэффициентом усиления.
Одна из основных трудностей при проектировании фильтров заключается в адаптации к размерам антенны, особенно для высокочастотных фильтров. Кроме того, производственные допуски и температурная стабильность фильтров существенно влияют на каждый аспект проектирования и производства продукции.
Ограничения по размеру в технологии mmWave
В традиционных системах антенных решеток расстояние между элементами должно быть меньше половины длины волны (λ/2), чтобы избежать 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 примерно 5 мм. Следовательно, компоненты внутри массива должны быть чрезвычайно маленькими.
Фазированные решетки, используемые в приложениях миллиметрового диапазона, часто имеют плоскую структуру, как показано ниже, где антенны (желтые области) устанавливаются на печатные платы (PCB) (зеленые области), а печатные платы (синие области) могут быть подключены перпендикулярно к антенная плата.
Пространство на этих платах уже минимально, но новые технологии исследуют еще более компактные плоские структуры, а это означает, что фильтры и другие печатные блоки должны быть значительно меньше, чтобы их можно было монтировать непосредственно на задней стороне антенной печатной платы.
Влияние производственных допусков на фильтры
Учитывая важность 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 26 ГГц:
В следующей таблице представлены типичные крайние допуски, встречающиеся в производстве:
Влияние допусков на микрополосковые фильтры печатных плат
Как показано ниже, продемонстрирована конструкция микрополоскового фильтра.
Кривая моделирования конструкции выглядит следующим образом:
Для изучения влияния допуска на этот микрополосковый фильтр на печатной плате были выбраны восемь потенциальных предельных допусков, что выявило заметные различия.
Влияние допусков на полосковые фильтры печатных плат
Конструкция полоскового фильтра, показанная ниже, представляет собой семиступенчатую структуру с диэлектрическими пластинами RO3003 толщиной 30 мил сверху и снизу.
Спад менее крутой, а прямоугольный коэффициент уступает коэффициенту микрополоскового из-за отсутствия нулей вблизи полосы пропускания, что приводит к неоптимальным характеристикам гармоник на удаленных частотах.
Аналогично, анализ толерантности указывает на лучшую чувствительность по сравнению с микрополосковыми линиями.
Заключение
Для достижения более высоких скоростей беспроводной связи 5G необходима технология фильтра mmWave, работающая на частоте 20 ГГц или выше. Однако проблемы сохраняются с точки зрения физических размеров, стабильности допусков и производственных сложностей.
Таким образом, необходимо тщательно учитывать влияние допусков на конструкции. Очевидно, что фильтры SMT обладают большей стабильностью, чем микрополосковые и полосковые фильтры, что позволяет предположить, что фильтры поверхностного монтажа SMT могут стать основным выбором для будущих коммуникаций в миллиметровом диапазоне.
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.