Millimeter-bølge (mmWave) filterteknologi er en afgørende komponent for at muliggøre almindelig 5G trådløs kommunikation, men alligevel står den over for adskillige udfordringer med hensyn til fysiske dimensioner, fremstillingstolerancer og temperaturstabilitet.
Inden for almindelig 5G trådløs kommunikation vil det fremtidige fokus skifte mod at bruge frekvenser over 20 GHz inden for mmWave-spektret for at forbedre båndbreddekapaciteten, hvilket i sidste ende øger transmissionshastighederne.
Det er velkendt, at mmWave-signaler på grund af deres høje frekvenser og betydelige vejtab kræver mindre antenner. Disse antenner er grupperet sammen for at danne smalstrålende, højforstærkede array-antenner.
En af de primære vanskeligheder ved filterdesign ligger i tilpasningen til antennens dimensioner, især for højfrekvente filtre. Derudover påvirker fremstillingstolerancerne og temperaturstabiliteten af filtre betydeligt alle aspekter af produktdesign og produktion.
Størrelsesbegrænsninger i mmWave-teknologi
I traditionelle antennearraysystemer skal afstanden mellem elementerne være mindre end halvdelen af bølgelængden (λ/2) for at undgå interferens. Dette princip gælder også for 5G-stråledannende antenner. For eksempel har en antenne, der opererer i 28 GHz-båndet, en elementafstand på ca. 5 mm. Følgelig skal komponenter i arrayet være ekstremt små.
Phased arrays, der anvendes i mmWave-applikationer, anvender ofte et plan strukturdesign, som illustreret nedenfor, hvor antenner (gule områder) er monteret på printplader (PCB'er) (grønne områder), og kredsløbskort (blå områder) kan tilsluttes vinkelret på antenneplade.
Pladsen på disse printkort er allerede minimal, men nye teknologier udforsker endnu mere kompakte flade strukturer, hvilket betyder, at filtre og andre kredsløbsblokke skal være væsentligt mindre for at blive monteret direkte på bagsiden af antenneprintet.
Indvirkning af fremstillingstolerancer på filtre
I betragtning af betydningen af mmWave-filtre spiller fremstillingstolerancer en afgørende rolle, hvilket påvirker både filterydelsen og omkostningerne.
For yderligere at undersøge disse faktorer sammenlignede vi tre forskellige 26 GHz-filterfremstillingsmetoder:
Følgende tabel skitserer typiske ekstreme tolerancer i produktionen:
Tolerance Indvirkning på PCB Microstrip-filtre
Som afbildet nedenfor vises et mikrostrip-filterdesign.
Designsimuleringskurven er som følger:
For at studere tolerancens effekt på dette PCB-mikrostripfilter blev otte potentielle ekstreme tolerancer valgt, hvilket afslørede bemærkelsesværdige forskelle.
Tolerance Indvirkning på PCB Stripline filtre
Stripline-filterdesignet, vist nedenfor, er en syv-trins struktur med 30 mil RO3003 dielektriske plader i toppen og bunden.
Afrulningen er mindre stejl, og den rektangulære koefficient er ringere end mikrostrimlens 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 mikrostrip-linjer.
Konklusion
For at 5G trådløs kommunikation kan opnå hurtigere hastigheder, er mmWave-filterteknologi, der fungerer ved 20 GHz eller højere frekvenser, bydende nødvendigt. Der er dog fortsat udfordringer med hensyn til fysiske dimensioner, tolerancestabilitet og fremstillingskompleksitet.
Derfor skal indvirkningen af tolerancer på designs nøje overvejes. Det er tydeligt, at SMT-filtre udviser større stabilitet end microstrip- og stripline-filtre, hvilket tyder på, at SMT-overflademonterede filtre kan dukke op som det almindelige valg for 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.
Posttid: 17-jul-2024