Millimetergolffiltertechnologie (mmWave) is een cruciaal onderdeel voor de brede toepassing van 5G draadloze communicatie, maar kent talrijke uitdagingen op het gebied van fysieke afmetingen, productietoleranties en temperatuurstabiliteit.
In de wereld van gangbare 5G draadloze communicatie zal de focus in de toekomst verschuiven naar het gebruik van frequenties boven de 20 GHz binnen het mmWave-spectrum om de bandbreedtecapaciteit te vergroten en zo uiteindelijk de transmissiesnelheden te verhogen.
Het is algemeen bekend dat mmWave-signalen, vanwege hun hoge frequenties en aanzienlijke signaalverliezen, kleinere antennes vereisen. Deze antennes worden samengevoegd tot array-antennes met een smalle bundel en hoge versterking.
Een van de grootste moeilijkheden bij het ontwerpen van filters is de aanpassing aan de afmetingen van de antenne, met name voor hoogfrequentfilters. Daarnaast hebben de productietoleranties en de temperatuurstabiliteit van filters een aanzienlijke invloed op elk aspect van het productontwerp en de productie.
Groottebeperkingen in mmWave-technologie
Bij traditionele antennesystemen moet de afstand tussen de elementen kleiner zijn dan de helft van de golflengte (λ/2) om interferentie te voorkomen. Dit principe geldt ook voor 5G-antennes met beamforming. Een antenne die bijvoorbeeld in de 28 GHz-band werkt, heeft een elementafstand van ongeveer 5 mm. Bijgevolg moeten de componenten binnen de array extreem klein zijn.
Gefaseerde antennesystemen die in mmWave-toepassingen worden gebruikt, hebben vaak een vlakke structuur, zoals hieronder weergegeven, waarbij antennes (gele gebieden) op printplaten (groene gebieden) zijn gemonteerd en printplaten (blauwe gebieden) loodrecht op de antenneprintplaat kunnen worden aangesloten.
De ruimte op deze printplaten is al minimaal, maar opkomende technologieën onderzoeken nog compactere, platte structuren. Dit betekent dat filters en andere circuitblokken aanzienlijk kleiner moeten zijn om direct op de achterkant van de antenneprintplaat te kunnen worden gemonteerd.
Invloed van fabricagetoleranties op filters
Gezien het belang van mmWave-filters spelen fabricagetoleranties een cruciale rol, die zowel de filterprestaties als de kosten beïnvloeden.
Om deze factoren verder te onderzoeken, hebben we drie verschillende fabricagemethoden voor 26 GHz-filters vergeleken:
De volgende tabel geeft een overzicht van typische extreme toleranties die in de productie voorkomen:
Invloed van toleranties op microstripfilters op printplaten
Zoals hieronder weergegeven, wordt een ontwerp voor een microstripfilter getoond.
De ontwerp-simulatiecurve ziet er als volgt uit:
Om het effect van de tolerantie op dit microstripfilter op de printplaat te bestuderen, werden acht potentiële extreme toleranties geselecteerd, wat opmerkelijke verschillen aan het licht bracht.
Invloed van toleranties op striplinefilters op printplaten
Het striplinefilterontwerp, zoals hieronder weergegeven, is een zeventrapsstructuur met 30 mil RO3003 diëlektrische platen aan de boven- en onderkant.
De afvalhelling is minder steil en de rechthoekige coëfficiënt is inferieur aan die van de microstrip vanwege de afwezigheid van nullen in de buurt van de doorlaatband, wat resulteert in suboptimale harmonische prestaties bij verder gelegen frequenties.
Een tolerantieanalyse wijst eveneens op een betere gevoeligheid in vergelijking met microstrip-lijnen.
Conclusie
Om snellere 5G draadloze communicatie te realiseren, is mmWave-filtertechnologie met frequenties van 20 GHz of hoger essentieel. Er blijven echter uitdagingen bestaan op het gebied van fysieke afmetingen, tolerantiestabiliteit en complexiteit van de productie.
Daarom moet de invloed van toleranties op ontwerpen zorgvuldig worden overwogen. Het is duidelijk dat SMT-filters een grotere stabiliteit vertonen dan microstrip- en striplinefilters, wat suggereert dat SMT-oppervlaktemontagefilters wel eens de standaardkeuze zouden kunnen worden voor toekomstige mmWave-communicatie.
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.
Geplaatst op: 17 juli 2024