Технология фильтрации миллиметровых волн (mmWave) является важнейшим компонентом для обеспечения широко распространенной 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 спектре 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 сигналы mmWave требуют антенн меньшего размера. Эти антенны группируются вместе, образуя узконаправленные антенные решетки с высоким коэффициентом усиления.
Одной из основных трудностей в проектировании фильтров является адаптация к размерам антенны, особенно для высокочастотных фильтров. Кроме того, производственные допуски и температурная стабильность фильтров существенно влияют на каждый аспект проектирования и производства продукта.
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 к антеннам формирования диаграммы направленности 5G. Например, антенна, работающая в диапазоне 28 ГГц, имеет расстояние между элементами приблизительно 5 мм. Следовательно, компоненты внутри решетки должны быть чрезвычайно малыми.
Фазированные решетки, используемые в приложениях миллиметрового диапазона, часто имеют планарную конструкцию, как показано ниже, где антенны (желтые области) монтируются на печатных платах (зеленые области), а печатные платы (синие области) могут быть подключены перпендикулярно к антенной плате.
Пространство на этих печатных платах и так минимально, но новые технологии разрабатывают еще более компактные плоские конструкции, а это значит, что фильтры и другие блоки схем 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 на 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 конструкции выглядит следующим образом:
Для изучения влияния допусков на этот микрополосковый фильтр на печатной плате были выбраны восемь потенциально экстремальных допусков, выявивших заметные различия.
Влияние допуска 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 фильтра mmWave, работающая на частотах 20 ГГц или выше. Однако сохраняются проблемы с физическими размерами, стабильностью допусков и сложностью производства.
Таким образом, влияние допусков на конструкции должно быть тщательно рассмотрено. Очевидно, что фильтры SMT демонстрируют большую стабильность, чем микрополосковые и полосковые фильтры, что предполагает, что фильтры поверхностного монтажа SMT могут стать основным выбором для будущих коммуникаций 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.
Время публикации: 17 июля 2024 г.