Millimetergolffiltertechnologie (mmWave) is een cruciaal onderdeel bij het mogelijk maken van reguliere draadloze 5G-communicatie, maar wordt geconfronteerd met tal van uitdagingen op het gebied van fysieke afmetingen, productietoleranties en temperatuurstabiliteit.
Op het gebied van reguliere 5G draadloze communicatie zal de toekomstige focus verschuiven naar het gebruik van frequenties boven de 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 aanzienlijk padverlies kleinere antennes vereisen. Deze antennes zijn gegroepeerd om array-antennes met een smalle bundel en hoge versterking te vormen.
Een van de belangrijkste problemen bij het filterontwerp ligt in de aanpassing aan de afmetingen van de antenne, vooral bij hoogfrequente filters. Bovendien hebben de productietoleranties en temperatuurstabiliteit van filters een aanzienlijke invloed op elk aspect van het productontwerp en de productie.
Groottebeperkingen in mmWave-technologie
In traditionele antennearraysystemen moet de afstand tussen de elementen kleiner zijn dan de helft van de golflengte (λ/2) om interferentie te voorkomen. Dit principe is eveneens van toepassing op 5G-bundelvormende antennes. Een antenne die in de 28 GHz-band werkt, heeft bijvoorbeeld een elementafstand van ongeveer 5 mm. Als gevolg daarvan moeten de componenten binnen de array extreem klein zijn.
Phased arrays die in mmWave-toepassingen worden gebruikt, hebben vaak een planair structuurontwerp, zoals hieronder geïllustreerd, waarbij antennes (gele gebieden) op printplaten (PCB's) zijn gemonteerd (groene gebieden) en printplaten (blauwe gebieden) loodrecht op de antenne bord.
De ruimte op deze printplaten is al minimaal, maar opkomende technologieën onderzoeken nog compactere platte structuren, wat impliceert dat filters en andere circuitblokken aanzienlijk kleiner moeten zijn om direct op de achterkant van de antenne-PCB te worden gemonteerd.
Impact van productietoleranties op filters
Gezien het belang van mmWave-filters spelen productietoleranties een cruciale rol, die zowel de filterprestaties als de kosten beïnvloeden.
Om deze factoren verder te onderzoeken, hebben we drie verschillende productiemethoden voor 26 GHz-filters vergeleken:
De volgende tabel geeft een overzicht van de typische extreme toleranties die bij de productie voorkomen:
Tolerantie-impact op PCB-microstripfilters
Zoals hieronder afgebeeld, wordt een microstripfilterontwerp getoond.
De ontwerpsimulatiecurve is als volgt:
Om het effect van de tolerantie op dit PCB-microstripfilter te bestuderen, werden acht potentiële extreme toleranties geselecteerd, die opmerkelijke verschillen aan het licht brachten.
Tolerantie-impact op PCB-striplijnfilters
Het striplijnfilterontwerp, hieronder weergegeven, 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 inferieur aan die van de microstrip vanwege de afwezigheid van nullen nabij de doorlaatband, wat resulteert in suboptimale harmonische prestaties bij verre frequenties.
Op dezelfde manier geeft een tolerantieanalyse een betere gevoeligheid aan in vergelijking met microstriplijnen.
Conclusie
Om met draadloze 5G-communicatie hogere snelheden te bereiken, is mmWave-filtertechnologie die werkt op frequenties van 20 GHz of hoger absoluut noodzakelijk. Er blijven echter uitdagingen bestaan op het gebied van fysieke afmetingen, tolerantiestabiliteit en productiecomplexiteit.
De impact van toleranties op ontwerpen moet dus zorgvuldig worden overwogen. Het is duidelijk dat SMT-filters een grotere stabiliteit vertonen dan microstrip- en stripline-filters, wat suggereert dat SMT-oppervlaktemontagefilters de mainstream keuze voor toekomstige mmWave-communicatie kunnen worden.
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.
Posttijd: 17 juli 2024