A tecnoloxía de filtros de ondas milimétricas (mmWave) é un compoñente crucial para habilitar a comunicación inalámbrica 5G convencional, pero enfróntase a numerosos desafíos en termos de dimensións físicas, tolerancias de fabricación e estabilidade da temperatura.
No ámbito da comunicación sen fíos 5G convencional, o foco futuro centrarase na utilización de frecuencias superiores a 20 GHz dentro do espectro mmWave para mellorar a capacidade de ancho de banda, o que en última instancia aumentará as taxas de transmisión.
É ben sabido que, debido ás súas altas frecuencias e á súa significativa perda de percorrido, os sinais de ondas milimétricas requiren antenas máis pequenas. Estas antenas agrúpanse para formar antenas de matriz de alta ganancia e feixe estreito.
Unha das principais dificultades no deseño de filtros reside na adaptación ás dimensións da antena, especialmente para filtros de alta frecuencia. Ademais, as tolerancias de fabricación e a estabilidade da temperatura dos filtros inflúen significativamente en todos os aspectos do deseño e a produción do produto.
Restricións de tamaño na tecnoloxía mmWave
Nos sistemas tradicionais de matrices de antenas, a separación entre os elementos debe ser inferior á metade da lonxitude de onda (λ/2) para evitar interferencias. Este principio aplícase igualmente ás antenas de formación de feixe 5G. Por exemplo, unha antena que funciona na banda de 28 GHz ten unha separación entre elementos de aproximadamente 5 mm. En consecuencia, os compoñentes dentro da matriz deben ser extremadamente pequenos.
As matrices en fase empregadas en aplicacións de ondas mm a miúdo adoptan un deseño de estrutura planar, como se ilustra a continuación, onde as antenas (áreas amarelas) están montadas en placas de circuítos impresos (PCB) (áreas verdes) e as placas de circuítos (áreas azuis) poden conectarse perpendicularmente á placa da antena.
O espazo nestas placas de circuíto xa é mínimo, pero as tecnoloxías emerxentes están a explorar estruturas planas aínda máis compactas, o que implica que os filtros e outros bloques de circuíto deben ser significativamente máis pequenos para ser montados directamente na parte traseira da placa de circuíto da antena.
Impacto das tolerancias de fabricación nos filtros
Dada a importancia dos filtros mmWave, as tolerancias de fabricación xogan un papel fundamental, xa que inflúen tanto no rendemento como no custo do filtro.
Para investigar máis a fondo estes factores, comparamos tres métodos distintos de fabricación de filtros de 26 GHz:
A seguinte táboa describe as tolerancias extremas típicas que se atopan na produción:
Impacto da tolerancia nos filtros microstrip de PCB
Como se mostra a continuación, móstrase un deseño de filtro de microstrip.
A curva de simulación do deseño é a seguinte:
Para estudar o efecto da tolerancia neste filtro microstrip de PCB, seleccionáronse oito posibles tolerancias extremas, que revelaron diferenzas notables.
Impacto da tolerancia nos filtros de liña de circuítos impresos (PCB)
O deseño do filtro de liña de bandas, que se mostra a continuación, é unha estrutura de sete etapas con placas dieléctricas RO3003 de 30 mil na parte superior e inferior.
A atenuación é menos pronunciada e o coeficiente rectangular é inferior ao da microbanda debido á ausencia de ceros preto da banda de paso, o que resulta nun rendemento harmónico subóptimo a frecuencias distantes.
Do mesmo xeito, unha análise de tolerancia indica unha mellor sensibilidade en comparación coas liñas de microstrip.
Conclusión
Para que a comunicación sen fíos 5G alcance velocidades máis rápidas, é fundamental a tecnoloxía de filtro mmWave que funcione a frecuencias de 20 GHz ou superiores. Non obstante, persisten os desafíos en termos de dimensións físicas, estabilidade de tolerancia e complexidades de fabricación.
Polo tanto, o impacto das tolerancias nos deseños debe considerarse coidadosamente. É evidente que os filtros SMT presentan unha maior estabilidade que os filtros de microstrip e stripline, o que suxire que os filtros de montaxe superficial SMT poden converterse na opción principal para as futuras comunicacións 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 publicación: 17 de xullo de 2024