La tecnologia de filtres d'ones mil·limètriques (mmWave) és un component crucial per habilitar la comunicació sense fil 5G convencional, però s'enfronta a nombrosos reptes pel que fa a dimensions físiques, toleràncies de fabricació i estabilitat de la temperatura.
En l'àmbit de la comunicació sense fil 5G convencional, l'enfocament futur es centrarà en la utilització de freqüències superiors a 20 GHz dins de l'espectre mmWave per millorar la capacitat d'ample de banda, augmentant en última instància les taxes de transmissió.
És ben sabut que, a causa de les seves altes freqüències i la pèrdua de trajectòria significativa, els senyals d'ona mm necessiten antenes més petites. Aquestes antenes s'agrupen per formar antenes de matriu d'alt guany i feix estret.
Una de les principals dificultats en el disseny de filtres rau en l'adaptació a les dimensions de l'antena, especialment per a filtres d'alta freqüència. A més, les toleràncies de fabricació i l'estabilitat de la temperatura dels filtres influeixen significativament en tots els aspectes del disseny i la producció del producte.
Restriccions de mida en la tecnologia mmWave
En els sistemes tradicionals de matriu d'antenes, la separació 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 una separació entre elements d'aproximadament 5 mm. En conseqüència, els components de la matriu han de ser extremadament petits.
Els phased arrays utilitzats en aplicacions mmWave sovint adopten un disseny d'estructura planar, com s'il·lustra a continuació, on les antenes (zones grogues) es munten en plaques de circuits impresos (PCB) (zones verdes) i les plaques de circuits (zones blaves) es poden connectar perpendicularment a la placa de l'antena.
L'espai en aquestes plaques de circuit ja és mínim, però les tecnologies emergents estan explorant estructures planes encara més compactes, cosa que implica que els filtres i altres blocs de circuits han de ser significativament més petits per ser muntats directament a la part posterior de la placa de circuit imprès de l'antena.
Impacte de les toleràncies de fabricació en els filtres
Donada la importància dels filtres mmWave, les toleràncies de fabricació tenen un paper fonamental, ja que influeixen tant en el rendiment com en el cost del filtre.
Per investigar més a fons aquests factors, vam comparar tres mètodes diferents de fabricació de filtres de 26 GHz:
La taula següent descriu les toleràncies extremes típiques que es troben en la producció:
Impacte de la tolerància en els filtres de microstrip de PCB
Com es mostra a continuació, es mostra un disseny de filtre de microstrip.
La corba de simulació de disseny és la següent:
Per estudiar l'efecte de la tolerància en aquest filtre microstrip de PCB, es van seleccionar vuit toleràncies extremes potencials, que revelaven diferències notables.
Impacte de la tolerància en els filtres de línia de circuits impresos
El disseny del filtre de línia de banda, que es mostra a continuació, és una estructura de set etapes amb plaques dielèctriques RO3003 de 30 mil·límetres a la part superior i inferior.
El roll-off és menys pronunciat i el coeficient rectangular és inferior al de la microstrip a causa de l'absència de zeros prop de la banda de pas, la qual cosa resulta en un rendiment harmònic subòptim a freqüències distants.
De la mateixa manera, una anàlisi de tolerància indica una millor sensibilitat en comparació amb les línies de microstrip.
Conclusió
Perquè la comunicació sense fil 5G aconsegueixi velocitats més ràpides, la tecnologia de filtre mmWave que funciona a 20 GHz o freqüències superiors és imprescindible. Tanmateix, persisteixen els reptes pel que fa a les dimensions físiques, l'estabilitat de la tolerància i les complexitats de fabricació.
Per tant, cal considerar acuradament l'impacte de les toleràncies en els dissenys. És evident que els filtres SMT presenten una major estabilitat que els filtres microstrip i stripline, cosa que suggereix que els filtres SMT de muntatge superficial poden emergir com l'opció principal per a les 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.
Data de publicació: 17 de juliol de 2024