Millimetervågsfilterteknik (mmWave) är en avgörande komponent för att möjliggöra trådlös 5G-kommunikation, men den står inför många utmaningar när det gäller fysiska dimensioner, tillverkningstoleranser och temperaturstabilitet.
Inom den vanliga trådlösa 5G-kommunikationen kommer det framtida fokuset att flyttas mot att använda frekvenser över 20 GHz inom mmWave-spektrumet för att förbättra bandbreddskapaciteten, vilket i slutändan ökar överföringshastigheterna.
Det är välkänt att mmWave-signaler på grund av sina höga frekvenser och betydande signalförlust kräver mindre antenner. Dessa antenner grupperas tillsammans för att bilda smalstrålande antenner med hög förstärkning.
En av de största svårigheterna vid filterdesign ligger i att anpassa sig till antennens dimensioner, särskilt för högfrekvensfilter. Dessutom påverkar tillverkningstoleranser och temperaturstabilitet hos filter avsevärt alla aspekter av produktdesign och produktion.
Storleksbegränsningar i mmWave-teknik
I traditionella antennsystem måste avståndet mellan elementen vara mindre än halva våglängden (λ/2) för att undvika störningar. Denna princip gäller även för 5G-strålformningsantenner. Till exempel har en antenn som arbetar i 28 GHz-bandet ett elementavstånd på cirka 5 mm. Följaktligen måste komponenterna i antennsystemet vara extremt små.
Fasstyrda antenner som används i mmWave-applikationer använder ofta en plan strukturdesign, som illustreras nedan, där antenner (gula områden) är monterade på kretskort (PCB) (gröna områden) och kretskort (blå områden) kan anslutas vinkelrätt mot antennkortet.
Utrymmet på dessa kretskort är redan minimalt, men nya teknologier utforskar ännu mer kompakta platta strukturer, vilket innebär att filter och andra kretsblock måste vara betydligt mindre för att monteras direkt på baksidan av antennens kretskort.
Inverkan av tillverkningstoleranser på filter
Med tanke på mmWave-filters betydelse spelar tillverkningstoleranser en avgörande roll och påverkar både filterprestanda och kostnad.
För att ytterligare undersöka dessa faktorer jämförde vi tre olika tillverkningsmetoder för 26 GHz-filter:
Följande tabell beskriver typiska extrema toleranser som förekommer i produktion:
Toleranspåverkan på PCB-mikrostripfilter
Som visas nedan visas en mikrostripfilterdesign.
Designsimuleringskurvan är följande:
För att studera toleransens effekt på detta PCB-mikrostripfilter valdes åtta potentiella extrema toleranser ut, vilket avslöjade anmärkningsvärda skillnader.
Toleranspåverkan på PCB-striplinefilter
Stripline-filtrets design, som visas nedan, är en sjustegsstruktur med 30 mil RO3003 dielektriska kort upptill och nedtill.
Avrullningen är mindre brant, och den rektangulära koefficienten är sämre än mikrostripens på grund av avsaknaden av nollor nära passbandet, vilket resulterar i suboptimal harmonisk prestanda vid avlägsna frekvenser.
På liknande sätt indikerar en toleransanalys bättre känslighet jämfört med mikrostripledningar.
Slutsats
För att trådlös 5G-kommunikation ska kunna uppnå snabbare hastigheter är mmWave-filterteknik som arbetar vid 20 GHz eller högre frekvenser absolut nödvändig. Utmaningar kvarstår dock vad gäller fysiska dimensioner, toleransstabilitet och tillverkningskomplexitet.
Därför måste toleransernas inverkan på konstruktioner noggrant beaktas. Det är uppenbart att SMT-filter uppvisar större stabilitet än mikrostrip- och stripline-filter, vilket tyder på att SMT-ytmonterade filter kan bli det vanligaste valet för framtida mmWave-kommunikation.
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.
Publiceringstid: 17 juli 2024