Millimeterbølge-filterteknologi (mmWave) er en avgjørende komponent for å muliggjøre vanlig 5G trådløs kommunikasjon, men den står overfor en rekke utfordringer når det gjelder fysiske dimensjoner, produksjonstoleranser og temperaturstabilitet.
I riket av vanlig 5G trådløs kommunikasjon, vil fremtidens fokus skifte mot å bruke frekvenser over 20 GHz innenfor mmWave-spekteret for å øke båndbreddekapasiteten, og til slutt øke overføringshastighetene.
Det er velkjent at på grunn av deres høye frekvenser og betydelige banetap, krever mmWave-signaler mindre antenner. Disse antennene er gruppert sammen for å danne smalstrålende antenner med høy forsterkning.
En av hovedvanskene i filterdesign ligger i å tilpasse seg antennens dimensjoner, spesielt for høyfrekvente filtre. I tillegg påvirker produksjonstoleransene og temperaturstabiliteten til filtre alle aspekter av produktdesign og produksjon betydelig.
Størrelsesbegrensninger i mmWave-teknologi
I tradisjonelle antennesystem må avstanden mellom elementene være mindre enn halvparten av bølgelengden (λ/2) for å unngå interferens. Dette prinsippet gjelder også for 5G-stråledannende antenner. For eksempel har en antenne som opererer i 28 GHz-båndet en elementavstand på ca. 5 mm. Følgelig må komponentene i arrayet være ekstremt små.
Fasede arrays brukt 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 antennebrett.
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 monteres direkte på baksiden av antennekretskortet.
Innvirkning av produksjonstoleranser på filtre
Gitt betydningen av mmWave-filtre, spiller produksjonstoleranser en sentral rolle, og påvirker både filterytelse og kostnad.
For å undersøke disse faktorene ytterligere, sammenlignet vi tre forskjellige 26 GHz-filterfremstillingsmetoder:
Følgende tabell skisserer typiske ekstreme toleranser som oppstår i produksjon:
Toleransepåvirkning på PCB Microstrip-filtre
Som vist nedenfor, vises en mikrostrip-filterdesign.
Designsimuleringskurven er som følger:
For å studere toleransens effekt på dette PCB-mikrostripfilteret, ble åtte potensielle ekstreme toleranser valgt, som avslører bemerkelsesverdige forskjeller.
Toleransepåvirkning på PCB Stripline-filtre
Stripline-filterdesignet, vist nedenfor, er en syv-trinns struktur med 30 mil RO3003 dielektriske kort på toppen og bunnen.
Avrullingen er mindre bratt, og den rektangulære koeffisienten er dårligere enn mikrostripen på grunn av fraværet av nuller nær passbåndet, noe som resulterer i suboptimal harmonisk ytelse ved fjerne frekvenser.
Tilsvarende indikerer en toleranseanalyse bedre følsomhet sammenlignet med mikrostrip-linjer.
Konklusjon
For at trådløs 5G-kommunikasjon skal oppnå høyere hastigheter, er mmWave-filterteknologi som opererer på 20 GHz eller høyere frekvenser avgjørende. Imidlertid vedvarer 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 antyder at SMT-overflatemonterte filtre kan dukke opp som hovedvalget 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.
Innleggstid: 17. juli-2024