Технология фильтров миллиметрового диапазона (mmWave) является важнейшим компонентом для обеспечения массовой беспроводной связи 5G, однако она сталкивается с многочисленными проблемами, связанными с физическими размерами, допусками при производстве и температурной стабильностью.
В сфере массовой беспроводной связи 5G в будущем акцент сместится на использование частот выше 20 ГГц в миллиметровом диапазоне для увеличения пропускной способности, что в конечном итоге повысит скорость передачи данных.
Хорошо известно, что из-за высоких частот и значительных потерь на трассе распространения миллиметровые сигналы требуют использования антенн меньшего размера. Эти антенны объединяются в группы для формирования узконаправленных антенных решеток 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 все аспекты проектирования и производства продукции.
Ограничения по размерам в технологии миллиметровых волн
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 луча в сетях 5G. Например, антенна, работающая в диапазоне 28 ГГц, имеет расстояние между элементами приблизительно 5 мм. Следовательно, компоненты внутри решетки должны быть чрезвычайно малыми.
Фазированные антенные решетки, используемые в миллиметровом диапазоне волн, часто имеют планарную конструкцию, как показано ниже, где антенны (желтые области) установлены на печатных платах (зеленые области), а печатные платы (синие области) могут быть соединены перпендикулярно плате антенны.
Пространство на этих печатных платах и так минимально, но новые технологии позволяют разрабатывать еще более компактные плоские структуры, что подразумевает необходимость значительного уменьшения размеров фильтров и других схемных блоков для установки непосредственно на обратной стороне антенной платы.
Влияние производственных допусков на фильтры
Учитывая значимость фильтров миллиметрового диапазона, допуски при производстве играют ключевую роль, влияя как на производительность фильтра, так и на его стоимость.
Для дальнейшего изучения этих факторов мы сравнили три различных метода изготовления фильтров на частоте 26 ГГц:
В таблице ниже приведены типичные экстремальные допуски, встречающиеся в производстве:
Влияние допусков на микрополосковые фильтры печатных плат
Как показано ниже, представлена конструкция микрополоскового фильтра.
Кривая моделирования проектирования выглядит следующим образом:
Для изучения влияния допусков на этот микрополосковый фильтр на печатной плате было выбрано восемь потенциальных крайних значений допусков, что выявило существенные различия.
Влияние допусков на фильтры на печатных платах.
Представленная ниже конструкция полоскового фильтра представляет собой семиступенчатую структуру с диэлектрическими платами из материала RO3003 толщиной 30 мил сверху и снизу.
Спад характеристик менее крутой, а коэффициент прямоугольной формы уступает коэффициенту микрополосковой линии из-за отсутствия нулей вблизи полосы пропускания, что приводит к неоптимальным гармоническим характеристикам на дальних частотах.
Аналогично, анализ допусков показывает более высокую чувствительность по сравнению с микрополосковыми линиями.
Заключение
Для обеспечения более высоких скоростей беспроводной связи 5G крайне необходима технология миллиметровых волновых фильтров, работающих на частотах 20 ГГц и выше. Однако сохраняются проблемы, связанные с физическими размерами, стабильностью допусков и сложностью производства.
Таким образом, влияние допусков на конструкцию необходимо тщательно учитывать. Очевидно, что SMT-фильтры демонстрируют большую стабильность, чем микрополосковые и полосковые фильтры, что позволяет предположить, что SMT-фильтры для поверхностного монтажа могут стать основным выбором для будущих миллиметровых волновых коммуникаций.
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.
Дата публикации: 17 июля 2024 г.