Millimeterbølgefilterteknologi (mmWave) er en avgjørende komponent for å muliggjøre vanlig trådløs 5G-kommunikasjon, men den står overfor en rekke utfordringer når det gjelder fysiske dimensjoner, produksjonstoleranser og temperaturstabilitet.
Innenfor vanlig trådløs 5G-kommunikasjon vil fremtidens fokus skifte mot å bruke frekvenser over 20 GHz innenfor mmWave-spekteret for å forbedre båndbreddekapasiteten, noe som til slutt vil øke overføringshastighetene.
Det er velkjent at mm-bølgesignaler krever mindre antenner på grunn av høye frekvenser og betydelige signalstap. Disse antennene grupperes sammen for å danne smalstrålede antenner med høy forsterkning.
En av de største vanskelighetene med filterdesign ligger i å tilpasse seg antennens dimensjoner, spesielt for høyfrekvensfiltre. I tillegg påvirker produksjonstoleransene og temperaturstabiliteten til filtre betydelig alle aspekter av produktdesign og produksjon.
Størrelsesbegrensninger i mmWave-teknologi
I tradisjonelle antennesystemsystemer må avstanden mellom elementene være mindre enn halvparten av bølgelengden (λ/2) for å unngå interferens. Dette prinsippet gjelder også for 5G-stråleformende antenner. For eksempel har en antenne som opererer i 28 GHz-båndet en elementavstand på omtrent 5 mm. Følgelig må komponentene i antennesystemet være ekstremt små.
Fasede antennearrayer som brukes i mmWave-applikasjoner bruker ofte en plan strukturdesign, som illustrert nedenfor, der antenner (gule områder) er montert på kretskort (PCB) (grønne områder), og kretskort (blå områder) kan kobles vinkelrett på antennekortet.
Plassen på disse kretskortene er allerede minimal, men nye teknologier utforsker enda mer kompakte, flate strukturer, noe som innebærer at filtre og andre kretsblokker må være betydelig mindre for å kunne monteres direkte på baksiden av antenne-PCB-en.
Virkningen av produksjonstoleranser på filtre
Gitt betydningen av mmWave-filtre, spiller produksjonstoleranser en sentral rolle, som påvirker både filterytelse og kostnader.
For å undersøke disse faktorene nærmere, sammenlignet vi tre forskjellige produksjonsmetoder for 26 GHz-filter:
Tabellen nedenfor viser typiske ekstreme toleranser som oppstår i produksjon:
Toleransepåvirkning på PCB-mikrostripfiltre
Som vist nedenfor, vises et mikrostripfilterdesign.
Designsimuleringskurven er som følger:
For å studere toleransens effekt på dette PCB-mikrostripfilteret ble åtte potensielle ekstreme toleranser valgt, noe som avdekket bemerkelsesverdige forskjeller.
Toleransepåvirkning på PCB-striplinefiltre
Stripline-filterdesignet, vist nedenfor, er en syvtrinnsstruktur med 30 mil RO3003 dielektriske kort øverst og nederst.
Avrullingen er mindre bratt, og den rektangulære koeffisienten er dårligere enn mikrostripens på grunn av fraværet av nuller nær passbåndet, noe som resulterer i suboptimal harmonisk ytelse ved fjerne frekvenser.
På samme måte indikerer en toleranseanalyse bedre følsomhet sammenlignet med mikrostriplinjer.
Konklusjon
For at trådløs 5G-kommunikasjon skal oppnå høyere hastigheter, er mmWave-filterteknologi som opererer på 20 GHz eller høyere frekvenser avgjørende. Det er imidlertid fortsatt utfordringer når det gjelder fysiske dimensjoner, toleransestabilitet og produksjonskompleksitet.
Derfor må virkningen av toleranser på design vurderes nøye. Det er tydelig at SMT-filtre viser større stabilitet enn mikrostrip- og stripline-filtre, noe som tyder på at SMT-overflatemonterte filtre kan bli det vanligste valget for fremtidig mmWave-kommunikasjon.
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.
Publisert: 17. juli 2024