Millimeterbølgefilterteknologi (mmWave) er en afgørende komponent i at muliggøre mainstream 5G trådløs kommunikation, men den står over for adskillige udfordringer med hensyn til fysiske dimensioner, produktionstolerancer og temperaturstabilitet.
Inden for mainstream 5G trådløs kommunikation vil det fremtidige fokus skifte mod at udnytte frekvenser over 20 GHz inden for mmWave-spektret for at forbedre båndbreddekapaciteten og i sidste ende øge transmissionshastighederne.
Det er velkendt, at mmWave-signaler på grund af deres høje frekvenser og betydelige signaltab kræver mindre antenner. Disse antenner grupperes sammen for at danne smalstrålede array-antenner med høj forstærkning.
En af de primære vanskeligheder ved filterdesign ligger i at tilpasse sig antennens dimensioner, især for højfrekvensfiltre. Derudover påvirker fremstillingstolerancer og temperaturstabilitet af filtre betydeligt alle aspekter af produktdesign og produktion.
Størrelsesbegrænsninger i mmWave-teknologi
I traditionelle antennesystemer skal afstanden mellem elementerne være mindre end halvdelen af bølgelængden (λ/2) for at undgå interferens. Dette princip gælder ligeledes for 5G-stråleformende antenner. For eksempel har en antenne, der opererer i 28 GHz-båndet, en elementafstand på cirka 5 mm. Derfor skal komponenterne i antennesystemet være ekstremt små.
Fasede antennearrays, der anvendes i mmWave-applikationer, anvender ofte et plant strukturdesign, som illustreret nedenfor, hvor antenner (gule områder) er monteret på printkort (PCB'er) (grønne områder), og printkort (blå områder) kan tilsluttes vinkelret på antennekortet.
Pladsen på disse printkort er allerede minimal, men nye teknologier udforsker endnu mere kompakte, flade strukturer, hvilket antyder, at filtre og andre kredsløbsblokke skal være betydeligt mindre for at kunne monteres direkte på bagsiden af antenneprintkortet.
Indvirkning af produktionstolerancer på filtre
I betragtning af mmWave-filtres betydning spiller produktionstolerancer en central rolle, der påvirker både filterets ydeevne og omkostninger.
For yderligere at undersøge disse faktorer sammenlignede vi tre forskellige fremstillingsmetoder for 26 GHz-filtre:
Følgende tabel viser typiske ekstreme tolerancer, der opstår i produktionen:
Tolerancepåvirkning på PCB-mikrostripfiltre
Som vist nedenfor vises et mikrostripfilterdesign.
Designsimuleringskurven er som følger:
For at undersøge tolerancens effekt på dette PCB-mikrostripfilter blev otte potentielle ekstreme tolerancer udvalgt, hvilket afslørede bemærkelsesværdige forskelle.
Tolerancepåvirkning på PCB-striplinefiltre
Stripline-filterdesignet, som vist nedenfor, er en syv-trins struktur med 30 mil RO3003 dielektriske pladerne i toppen og bunden.
Roll-off'en er mindre stejl, og den rektangulære koefficient er ringere end mikrostrippens på grund af fraværet af nuller nær pasbåndet, hvilket resulterer i suboptimal harmonisk ydeevne ved fjerne frekvenser.
Tilsvarende indikerer en toleranceanalyse bedre følsomhed sammenlignet med mikrostriplinjer.
Konklusion
For at trådløs 5G-kommunikation kan opnå hurtigere hastigheder, er mmWave-filterteknologi, der opererer ved 20 GHz eller højere frekvenser, afgørende. Der er dog fortsat udfordringer med hensyn til fysiske dimensioner, tolerancestabilitet og produktionskompleksiteter.
Derfor skal tolerancers indflydelse på design overvejes nøje. Det er tydeligt, at SMT-filtre udviser større stabilitet end mikrostrip- og stripline-filtre, hvilket tyder på, at SMT-overflademonterede filtre kan blive det almindelige valg til fremtidig mmWave-kommunikation.
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.
Opslagstidspunkt: 17. juli 2024