A tecnoloxía de filtro de ondas milimétricas (mmWave) é un compoñente crucial para permitir a comunicación sen fíos 5G convencional, aínda que 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 desprazarase cara á utilización de frecuencias superiores a 20 GHz dentro do espectro de ondas mm para mellorar a capacidade de ancho de banda e, finalmente, aumentar as taxas de transmisión.
É sabido que debido ás súas altas frecuencias e á importante perda de camiño, os sinais mmWave necesitan antenas máis pequenas. Estas antenas agrúpanse para formar antenas de matriz de feixe estreito e alta ganancia.
Unha das principais dificultades no deseño de filtros reside na adaptación ás dimensións da antena, especialmente para os filtros de alta frecuencia. Ademais, as tolerancias de fabricación e a estabilidade da temperatura dos filtros afectan significativamente todos os aspectos do deseño e produción do produto.
Restricións de tamaño na tecnoloxía mmWave
Nos sistemas de antenas tradicionais, a separación entre 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 un espazo entre elementos de aproximadamente 5 mm. En consecuencia, os compoñentes da matriz deben ser extremadamente pequenos.
As matrices de fases empregadas nas aplicacións de ondas mm adoitan adoptar un deseño de estrutura plana, como se ilustra a continuación, onde as antenas (áreas amarelas) están montadas en placas de circuíto impreso (PCB) (áreas verdes) e as placas de circuíto (áreas azuis) poden conectarse perpendicularmente á placa de 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 circuítos deben ser significativamente máis pequenos para montarse directamente na parte posterior da PCB da antena.
Impacto das tolerancias de fabricación nos filtros
Dada a importancia dos filtros mmWave, as tolerancias de fabricación xogan un papel fundamental, influíndo tanto no rendemento como no custo dos filtros.
Para investigar máis 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 de tolerancia nos filtros microstrip de PCB
Como se mostra a continuación, móstrase un deseño de filtro microstrip.
A curva de simulación do deseño é a seguinte:
Para estudar o efecto da tolerancia neste filtro microstrip de PCB, seleccionáronse oito potenciais tolerancias extremas, que revelaron diferenzas notables.
Impacto de tolerancia nos filtros de banda de PCB
O deseño do filtro stripline, que se mostra a continuación, é unha estrutura de sete etapas con placas dieléctricas RO3003 de 30 mil na parte superior e inferior.
O roll-off é menos pronunciado e o coeficiente rectangular é inferior ao da microstrip 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 microtiras.
Conclusión
Para que a comunicación sen fíos 5G consiga velocidades máis rápidas, é imprescindible a tecnoloxía de filtro mmWave que funcione a 20 GHz ou máis frecuencias. Non obstante, persisten os desafíos en termos de dimensións físicas, estabilidade de tolerancia e complexidades de fabricación.
Así, o impacto das tolerancias nos deseños debe ser coidadosamente considerado. É evidente que os filtros SMT presentan unha maior estabilidade que os filtros microstrip e stripline, o que suxire que os filtros SMT de montaxe en superficie poden xurdir como a opción principal para 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.
Hora de publicación: 17-Xul-2024