Millimetriaalto (mmWave) -suodatintekniikka on tärkeä osa valtavirran langattoman 5G-viestinnän mahdollistamista, mutta se kohtaa lukuisia haasteita fyysisten mittojen, valmistuksen toleranssien ja lämpötilan vakauden suhteen.
Valtavirran langattomassa 5G-viestinnässä tulevaisuuden painopiste siirtyy yli 20 GHz:n taajuuksien hyödyntämiseen mmWave-spektrissä kaistanleveyskapasiteetin lisäämiseksi ja viime kädessä siirtonopeuksien lisäämiseksi.
On tunnettua, että mmWave-signaalit vaativat pienempiä antenneja korkeiden taajuuksiensa ja merkittävän polkuhäviön vuoksi. Nämä antennit on ryhmitelty yhteen muodostamaan kapeakeilaisia, suuren vahvistuksen ryhmäantenneja.
Yksi suodattimen suunnittelun tärkeimmistä vaikeuksista on mukautuminen antennin mittoihin, erityisesti suurtaajuussuodattimissa. Lisäksi suodattimien valmistustoleranssit ja lämpötilan stabiilisuus vaikuttavat merkittävästi tuotesuunnittelun ja tuotannon jokaiseen osa-alueeseen.
Kokorajoitukset mmWave-tekniikassa
Perinteisissä antenniryhmäjärjestelmissä elementtien välisen etäisyyden tulee olla pienempi kuin puolet aallonpituudesta (λ/2) häiriöiden välttämiseksi. Tämä periaate pätee myös 5G-keilanmuodostusantenneihin. Esimerkiksi 28 GHz:n kaistalla toimivan antennin elementtiväli on noin 5 mm. Näin ollen ryhmän sisällä olevien komponenttien tulee olla erittäin pieniä.
mmWave-sovelluksissa käytetyt vaiheistetut ryhmät käyttävät usein tasomaista rakennetta, kuten alla on kuvattu, jossa antennit (keltaiset alueet) on asennettu painetuille piirilevyille (PCB) (vihreät alueet) ja piirilevyt (siniset alueet) voidaan kytkeä kohtisuoraan antennilevy.
Tila näillä piirilevyillä on jo minimaalinen, mutta kehittyvät teknologiat tutkivat entistä kompaktimpia litteitä rakenteita, mikä tarkoittaa, että suodattimien ja muiden piirilohkojen on oltava huomattavasti pienempiä, jotta ne voidaan asentaa suoraan antennipiirilevyn takaosaan.
Valmistustoleranssien vaikutus suodattimiin
Kun otetaan huomioon mmWave-suodattimien merkitys, valmistustoleransseilla on keskeinen rooli, mikä vaikuttaa sekä suodattimen suorituskykyyn että kustannuksiin.
Näiden tekijöiden tutkimiseksi tarkemmin vertailimme kolmea erillistä 26 GHz:n suodattimen valmistusmenetelmää:
Seuraavassa taulukossa esitetään tyypilliset tuotannossa kohdatut äärimmäiset toleranssit:
Toleranssivaikutus PCB-mikroliuskasuodattimiin
Kuten alla on kuvattu, esitellään mikroliuskasuodatin.
Suunnittelusimulaatiokäyrä on seuraava:
Toleranssin vaikutuksen tutkimiseksi tähän PCB-mikroliuskasuodattimeen valittiin kahdeksan mahdollista äärimmäistä toleranssia, jotka paljastivat merkittäviä eroja.
Toleranssivaikutus PCB-nauhasuodattimiin
Alla näkyvä liuskasuodatinrakenne on seitsemän vaiheinen rakenne, jossa on 30 mil RO3003 dielektriset levyt ylä- ja alaosassa.
Roll-off on vähemmän jyrkkä, ja suorakaiteen muotoinen kerroin on pienempi kuin mikroliuskan, koska päästökaistan lähellä ei ole nollia, mikä johtaa epäoptimaaliseen harmoniseen suorituskykyyn kaukaisilla taajuuksilla.
Samoin toleranssianalyysi osoittaa parempaa herkkyyttä verrattuna mikroliuskaviivojen.
Johtopäätös
20 GHz:n tai sitä korkeammilla taajuuksilla toimiva mmWave-suodatinteknologia on välttämätöntä, jotta langaton 5G-viestintä voi saavuttaa nopeampia nopeuksia. Haasteita on kuitenkin edelleen fyysisten mittojen, toleranssivakauden ja valmistuksen monimutkaisuuden suhteen.
Siksi toleranssien vaikutusta suunnitteluun on harkittava huolellisesti. On selvää, että SMT-suodattimet osoittavat suurempaa vakautta kuin mikroliuska- ja liuskajohtosuodattimet, mikä viittaa siihen, että SMT-pinta-asennussuodattimet voivat nousta valtavirran vaihtoehdoksi tulevassa mmWave-viestinnässä.
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.
Postitusaika: 17.7.2024