La tecnologia de filtre d'ones mil·límetres (mmWave) és un component crucial per permetre la comunicació sense fils 5G convencional, però s'enfronta a nombrosos reptes en termes de dimensions físiques, toleràncies de fabricació i estabilitat de la temperatura.
En l'àmbit de la comunicació sense fils 5G convencional, l'enfocament futur es desplaçarà cap a la utilització de freqüències superiors a 20 GHz dins de l'espectre d'ones mm per millorar la capacitat d'ample de banda, augmentant finalment les taxes de transmissió.
És ben sabut que a causa de les seves altes freqüències i la seva important pèrdua de camí, els senyals d'ona mm necessiten antenes més petites. Aquestes antenes s'agrupen per formar antenes de matriu de feix estret i d'alt guany.
Una de les principals dificultats en el disseny del filtre rau en l'adaptació a les dimensions de l'antena, especialment per als filtres d'alta freqüència. A més, les toleràncies de fabricació i l'estabilitat de la temperatura dels filtres afecten significativament tots els aspectes del disseny i la producció del producte.
Restriccions de mida a la tecnologia mmWave
En els sistemes tradicionals de matriu d'antenes, l'espai entre els elements ha de ser inferior a la meitat de la longitud d'ona (λ/2) per evitar interferències. Aquest principi s'aplica igualment a les antenes de formació de feix 5G. Per exemple, una antena que funciona a la banda de 28 GHz té un espai d'elements d'aproximadament 5 mm. En conseqüència, els components de la matriu han de ser extremadament petits.
Les matrius en fase emprades en aplicacions mmWave sovint adopten un disseny d'estructura plana, tal com s'il·lustra a continuació, on les antenes (zones grogues) es munten a plaques de circuits impresos (PCB) (àrees verdes) i les plaques de circuits (àrees blaves) es poden connectar perpendicularment al placa d'antena.
L'espai en aquestes plaques de circuit ja és mínim, però les tecnologies emergents estan explorant estructures planes encara més compactes, la qual cosa implica que els filtres i altres blocs de circuits han de ser significativament més petits per muntar-los directament a la part posterior de la PCB de l'antena.
Impacte de les toleràncies de fabricació sobre els filtres
Donada la importància dels filtres mmWave, les toleràncies de fabricació juguen un paper fonamental, ja que influeixen tant en el rendiment com en el cost del filtre.
Per investigar més aquests factors, vam comparar tres mètodes diferents de fabricació de filtres de 26 GHz:
La taula següent mostra les toleràncies extremes típiques que es troben a la producció:
Impacte de la tolerància en els filtres de microcinta de PCB
Com es mostra a continuació, es mostra un disseny de filtre microstrip.
La corba de simulació del disseny és la següent:
Per estudiar l'efecte de la tolerància en aquest filtre de microstrip de PCB, es van seleccionar vuit toleràncies extremes potencials, revelant diferències notables.
Impacte de la tolerància en els filtres de PCB Stripline
El disseny del filtre stripline, que es mostra a continuació, és una estructura de set etapes amb plaques dielèctriques RO3003 de 30 mil a la part superior i inferior.
El desplaçament és menys pronunciat i el coeficient rectangular és inferior al de la microstrip a causa de l'absència de zeros a prop de la banda de pas, donant lloc a un rendiment harmònic subòptim a freqüències llunyanes.
De la mateixa manera, una anàlisi de tolerància indica una millor sensibilitat en comparació amb les línies de microstrip.
Conclusió
Perquè la comunicació sense fils 5G assoleixi velocitats més ràpides, és imprescindible la tecnologia de filtre mmWave que funcioni a freqüències de 20 GHz o superiors. Tanmateix, persisteixen els reptes en termes de dimensions físiques, estabilitat de tolerància i complexitats de fabricació.
Per tant, s'ha de considerar acuradament l'impacte de les toleràncies en els dissenys. És evident que els filtres SMT presenten una estabilitat més gran que els filtres microstrip i stripline, cosa que suggereix que els filtres SMT de muntatge superficial poden sorgir com l'opció principal per a futures comunicacions 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.
Hora de publicació: 17-jul-2024