Millimetriaaltosuodatinteknologia (mmWave) on ratkaisevan tärkeä osa valtavirran 5G-langattoman tietoliikenteen mahdollistamista, mutta se kohtaa lukuisia haasteita fyysisten mittojen, valmistustoleranssien ja lämpötilavakauden suhteen.
Valtavirran 5G-langattoman tietoliikenteen alueella tulevaisuuden painopiste siirtyy yli 20 GHz:n taajuuksien hyödyntämiseen millimetriaaltospektrin sisällä kaistanleveyden parantamiseksi ja lopulta lähetysnopeuksien kasvattamiseksi.
On hyvin tunnettua, että millimetriaaltosignaalien korkeiden taajuuksien ja merkittävän polunvaimennuksen vuoksi ne vaativat pienempiä antenneja. Nämä antennit on ryhmitelty yhteen muodostaen kapeakeilaisia, suuren vahvistuksen omaavia ryhmäantenneja.
Yksi suodatinsuunnittelun suurimmista vaikeuksista on antennin mittoihin sopeutuminen, erityisesti korkeataajuussuodattimien kohdalla. Lisäksi suodattimien valmistustoleranssit ja lämpötilastabiilisuus vaikuttavat merkittävästi tuotesuunnittelun ja -tuotannon kaikkiin osa-alueisiin.
Kokorajoitukset mmWave-tekniikassa
Perinteisissä antenniryhmäjärjestelmissä elementtien välisen etäisyyden on oltava alle puolet aallonpituudesta (λ/2) häiriöiden välttämiseksi. Tämä periaate pätee myös 5G-keilanmuodostusantenneihin. Esimerkiksi 28 GHz:n taajuusalueella toimivan antennin elementtien välinen etäisyys on noin 5 mm. Näin ollen ryhmän komponenttien on oltava erittäin pieniä.
Millimetriaaltosovelluksissa käytetyt vaiheistetut antenniryhmät ovat usein tasomaisia, kuten alla on esitetty, jossa antennit (keltaiset alueet) on asennettu piirilevyille (PCB) (vihreät alueet) ja piirilevyt (siniset alueet) voidaan liittää kohtisuoraan antennilevyyn nähden.
Näiden piirilevyjen tila on jo nyt minimaalinen, mutta kehittyvät teknologiat tutkivat entistä kompaktimpia litteitä rakenteita, mikä tarkoittaa, että suodattimien ja muiden piirilevyjen on oltava huomattavasti pienempiä, jotta ne voidaan asentaa suoraan antennin piirilevyn taakse.
Valmistustoleranssien vaikutus suodattimiin
Millimetriaaltosuodattimien merkityksen vuoksi valmistustoleranssit ovat keskeisessä asemassa, sillä ne vaikuttavat sekä suodattimen suorituskykyyn että kustannuksiin.
Näiden tekijöiden tutkimiseksi tarkemmin vertasimme kolmea erillistä 26 GHz:n suodattimen valmistusmenetelmää:
Seuraavassa taulukossa esitetään tuotannossa tyypilliset äärimmäiset toleranssit:
Toleranssin vaikutus piirilevyjen mikroliuskasuodattimiin
Kuten alla on esitetty, mikroliuskasuodattimen rakenne on esitetty.
Suunnittelusimulaatiokäyrä on seuraava:
Tämän piirilevymikroliuskasuodattimen toleranssin vaikutuksen tutkimiseksi valittiin kahdeksan mahdollista ääritoleranssia, jotka paljastivat huomattavia eroja.
Toleranssin vaikutus piirilevyjen nauhajohtimiin
Alla esitetty liuskajohdesuodatin on seitsemänvaiheinen rakenne, jonka ylä- ja alaosassa on 30 milin RO3003-eristelevyt.
Rullautumiskerroin on loivempi ja suorakulmainen kerroin on mikroliuskakerrointa huonompi, koska päästökaistan lähellä ei ole nollia, mikä johtaa epäoptimaaliseen harmoniseen suorituskykyyn kaukaisilla taajuuksilla.
Vastaavasti toleranssianalyysi osoittaa parempaa herkkyyttä mikroliuskajohtoihin verrattuna.
Johtopäätös
Jotta langaton 5G-tiedonsiirto saavuttaisi nopeammat nopeudet, 20 GHz:n tai korkeammilla taajuuksilla toimiva mmWave-suodintekniikka on välttämätön. Fyysisiin mittoihin, toleranssivakauteen ja valmistuksen monimutkaisuuteen liittyy kuitenkin edelleen haasteita.
Siksi toleranssien vaikutusta suunteluihin on harkittava huolellisesti. On selvää, että SMT-suodattimet ovat stabiilimpia kuin mikroliuska- ja liuskajohdinsuodattimet, mikä viittaa siihen, että SMT-pinta-asennussuodattimet voivat nousta valtavirran valinnaksi tulevaisuuden millimetriaaltotiedonsiirtoon.
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.
Julkaisun aika: 17.7.2024