Millimetervågsfilterteknik (mmWave) är en avgörande komponent för att möjliggöra traditionell 5G trådlös kommunikation, men den står inför många utmaningar när det gäller fysiska dimensioner, tillverkningstoleranser och temperaturstabilitet.
Inom den vanliga trådlösa 5G-kommunikationens område kommer det framtida fokuset att skifta mot att använda frekvenser över 20 GHz inom mmWave-spektrumet för att förbättra bandbreddskapaciteten, vilket i slutändan ökar överföringshastigheterna.
Det är välkänt att på grund av deras höga frekvenser och betydande vägförluster, kräver mmWave-signaler mindre antenner. Dessa antenner är grupperade tillsammans för att bilda smalstrålande, högförstärkningsantenner.
En av de främsta svårigheterna med filterdesign ligger i att anpassa sig till antennens dimensioner, speciellt för högfrekvensfilter. Dessutom påverkar filtrens tillverkningstoleranser och temperaturstabilitet avsevärt varje aspekt 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 strålformande antenner. Till exempel har en antenn som arbetar i 28 GHz-bandet ett elementavstånd på cirka 5 mm. Följaktligen måste komponenterna i arrayen vara extremt små.
Fasade arrayer som används i mmWave-tillämpningar antar 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 antennbräda.
Utrymmet på dessa kretskort är redan minimalt, men framväxande teknologier utforskar ännu mer kompakta platta strukturer, vilket innebär att filter och andra kretsblock måste vara betydligt mindre för att kunna monteras direkt på baksidan av antennkretskortet.
Inverkan av tillverkningstoleranser på filter
Med tanke på betydelsen av mmWave-filter spelar tillverkningstoleranser en avgörande roll, vilket påverkar både filterprestanda och kostnad.
För att ytterligare undersöka dessa faktorer jämförde vi tre olika 26 GHz filtertillverkningsmetoder:
Följande tabell beskriver typiska extrema toleranser som uppstår i produktionen:
Toleranspåverkan på PCB Microstrip-filter
Som avbildas nedan visas en mikrostrip-filterdesign.
Designsimuleringskurvan är som följer:
För att studera toleransens effekt på detta PCB-mikrostripfilter valdes åtta potentiella extrema toleranser, vilket avslöjade anmärkningsvärda skillnader.
Toleranspåverkan på PCB Stripline-filter
Stripline-filterdesignen, som visas nedan, är en sjustegsstruktur med 30 mil RO3003 dielektriska kort i toppen och botten.
Avrullningen är mindre brant och den rektangulära koefficienten är sämre än mikroremsan på grund av frånvaron av nollor nära passbandet, vilket resulterar i suboptimala harmoniska prestanda vid avlägsna frekvenser.
På samma sätt indikerar en toleransanalys bättre känslighet jämfört med mikrostriplinjer.
Slutsats
För att trådlös 5G-kommunikation ska uppnå högre hastigheter är mmWave-filterteknik som fungerar vid 20 GHz eller högre frekvenser absolut nödvändig. Men utmaningarna kvarstår när det gäller fysiska dimensioner, toleransstabilitet och tillverkningskomplexitet.
Därför måste inverkan av toleranser på design noggrant övervägas. Det är uppenbart att SMT-filter uppvisar större stabilitet än microstrip- och stripline-filter, vilket tyder på att SMT ytmonterade filter kan dyka upp som det vanliga 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.
Posttid: 2024-jul-17