Millimetergolffiltertechnologie (mmWave) is een cruciaal onderdeel om gangbare draadloze 5G-communicatie mogelijk te maken. Het kent echter talloze uitdagingen op het gebied van fysieke afmetingen, productietoleranties en temperatuurstabiliteit.
Op het gebied van draadloze 5G-communicatie zal de focus in de toekomst verschuiven naar het gebruik van frequenties boven 20 GHz binnen het mmWave-spectrum om de bandbreedtecapaciteit te vergroten en uiteindelijk de transmissiesnelheden te verhogen.
Het is bekend dat mmWave-signalen vanwege hun hoge frequenties en aanzienlijke padverlies kleinere antennes vereisen. Deze antennes worden gegroepeerd tot array-antennes met een smalle bundel en hoge versterking.
Een van de grootste uitdagingen bij het ontwerpen van filters is de aanpassing aan de afmetingen van de antenne, met name bij hoogfrequente filters. Bovendien hebben de productietoleranties en temperatuurstabiliteit van filters een aanzienlijke impact op elk aspect van het productontwerp en de productie.
Groottebeperkingen in mmWave-technologie
In 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 beamforming-antennes. Een antenne die bijvoorbeeld in de 28 GHz-band werkt, heeft een elementafstand van ongeveer 5 mm. De componenten in de array moeten daarom extreem klein zijn.
Gefaseerde arrays die in mmWave-toepassingen worden gebruikt, hebben vaak een planair structuurontwerp, zoals hieronder weergegeven, waarbij antennes (gele gebieden) op printplaten (PCB's) (groene gebieden) worden gemonteerd en printplaten (blauwe gebieden) loodrecht op de antenneplaat kunnen worden aangesloten.
De ruimte op deze printplaten is al minimaal, maar opkomende technologieën verkennen nog compactere, platte structuren. Dit betekent dat filters en andere circuitblokken aanzienlijk kleiner moeten zijn om direct op de achterkant van de antenne-PCB te kunnen worden gemonteerd.
Impact van productietoleranties op filters
Gezien het belang van mmWave-filters spelen productietoleranties een cruciale rol. Deze beïnvloeden zowel de filterprestaties als de kosten.
Om deze factoren verder te onderzoeken, vergeleken we drie verschillende productiemethoden voor 26 GHz-filters:
De volgende tabel geeft een overzicht van de typische extreme toleranties die men tijdens de productie tegenkomt:
Tolerantie-impact op PCB-microstripfilters
Hieronder ziet u een microstripfilterontwerp.
De ontwerpsimulatiecurve is als volgt:
Om het effect van de tolerantie op dit PCB-microstripfilter te onderzoeken, werden acht mogelijke extreme toleranties geselecteerd, die opmerkelijke verschillen aan het licht brachten.
Tolerantie-impact op PCB-striplinefilters
Het hieronder afgebeelde striplinefilterontwerp is een zeventrapsstructuur met 30 mil RO3003-diëlektrische platen aan de boven- en onderkant.
De roll-off is minder steil en de rechthoekige coëfficiënt is lager dan die van de microstrip vanwege het ontbreken van nullen in de buurt van de doorlaatband, wat resulteert in suboptimale harmonische prestaties bij verre frequenties.
Uit een tolerantieanalyse blijkt eveneens dat de gevoeligheid beter is dan bij microstriplijnen.
Conclusie
Om hogere snelheden te bereiken met draadloze 5G-communicatie is mmWave-filtertechnologie met frequenties van 20 GHz of hoger essentieel. Er blijven echter uitdagingen bestaan op het gebied van fysieke afmetingen, tolerantiestabiliteit en productiecomplexiteit.
De impact van toleranties op ontwerpen moet daarom zorgvuldig worden overwogen. Het is duidelijk dat SMT-filters een grotere stabiliteit vertonen dan microstrip- en striplinefilters, wat suggereert dat SMT-surface-mountfilters 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.
Plaatsingstijd: 17-07-2024