Milimetre dalga (mmWave) filtre teknolojisi, yaygın 5G kablosuz iletişimini mümkün kılan çok önemli bir bileşendir, ancak fiziksel boyutlar, üretim toleransları ve sıcaklık kararlılığı açısından çok sayıda zorlukla karşı karşıyadır.
Ana akım 5G kablosuz iletişim alanında, gelecekteki odak noktası, bant genişliği kapasitesini artırmak ve nihayetinde iletim hızlarını yükseltmek için milimetre dalga spektrumundaki 20 GHz'in üzerindeki frekansların kullanılmasına kayacaktır.
Yüksek frekansları ve önemli yol kayıpları nedeniyle milimetre dalga sinyallerinin daha küçük antenlere ihtiyaç duyduğu iyi bilinmektedir. Bu antenler, dar ışınlı, yüksek kazançlı dizi antenler oluşturmak üzere bir araya getirilir.
Filtre tasarımındaki temel zorluklardan biri, özellikle yüksek frekanslı filtreler için, antenin boyutlarına uyum sağlamaktır. Ayrıca, filtrelerin üretim toleransları ve sıcaklık kararlılığı, ürün tasarımının ve üretiminin her yönünü önemli ölçüde etkiler.
mmWave Teknolojisinde Boyut Kısıtlamaları
Geleneksel anten dizisi sistemlerinde, girişimden kaçınmak için elemanlar arasındaki mesafe dalga boyunun yarısından (λ/2) az olmalıdır. Bu prensip, 5G ışın biçimlendirme antenleri için de geçerlidir. Örneğin, 28 GHz bandında çalışan bir antenin eleman aralığı yaklaşık 5 mm'dir. Sonuç olarak, dizi içindeki bileşenler son derece küçük olmalıdır.
Milimetre dalga uygulamalarında kullanılan faz dizileri, aşağıda gösterildiği gibi, genellikle düzlemsel bir yapı tasarımına sahiptir; burada antenler (sarı alanlar) baskılı devre kartlarına (PCB'ler) (yeşil alanlar) monte edilir ve devre kartları (mavi alanlar) anten kartına dik olarak bağlanabilir.
Bu devre kartlarındaki alan zaten minimal düzeyde, ancak gelişmekte olan teknolojiler daha da kompakt düz yapılar araştırıyor; bu da filtrelerin ve diğer devre bloklarının anten PCB'sinin arkasına doğrudan monte edilebilmesi için önemli ölçüde daha küçük olması gerektiği anlamına geliyor.
Üretim Toleranslarının Filtreler Üzerindeki Etkisi
Milimetre dalga filtrelerinin önemi göz önüne alındığında, üretim toleransları hem filtre performansını hem de maliyetini etkileyen çok önemli bir rol oynamaktadır.
Bu faktörleri daha detaylı incelemek için, üç farklı 26 GHz filtre üretim yöntemini karşılaştırdık:
Aşağıdaki tabloda üretimde karşılaşılan tipik aşırı toleranslar özetlenmiştir:
PCB Mikroşerit Filtrelerinde Toleransın Etkisi
Aşağıda gösterildiği gibi, bir mikroşerit filtre tasarımı sergilenmektedir.
Tasarım simülasyon eğrisi aşağıdaki gibidir:
Bu PCB mikroşerit filtre üzerindeki toleransın etkisini incelemek için sekiz potansiyel uç tolerans değeri seçildi ve önemli farklılıklar ortaya çıktı.
PCB Şerit Hattı Filtrelerinde Toleransın Etkisi
Aşağıda gösterilen şerit hatlı filtre tasarımı, üst ve alt kısımlarında 30 mil RO3003 dielektrik levhalar bulunan yedi aşamalı bir yapıdır.
Eğim daha az diktir ve dikdörtgen katsayı, geçiş bandı yakınında sıfırların olmaması nedeniyle mikroşerit katsayıdan daha düşüktür; bu da uzak frekanslarda optimum olmayan harmonik performansa yol açar.
Benzer şekilde, tolerans analizi, mikroşerit hatlara kıyasla daha iyi hassasiyet gösterdiğini ortaya koymaktadır.
Çözüm
5G kablosuz iletişimde daha yüksek hızlara ulaşılabilmesi için, 20 GHz veya daha yüksek frekanslarda çalışan mmWave filtre teknolojisi şarttır. Bununla birlikte, fiziksel boyutlar, tolerans kararlılığı ve üretim karmaşıklığı açısından zorluklar devam etmektedir.
Dolayısıyla, toleransların tasarımlar üzerindeki etkisi dikkatlice değerlendirilmelidir. SMT filtrelerinin mikroşerit ve şerit hatlı filtrelere göre daha yüksek kararlılık sergilediği açıktır; bu da SMT yüzey montajlı filtrelerin gelecekteki mmWave iletişimleri için ana akım tercih haline gelebileceğini düşündürmektedir.
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.
Yayın tarihi: 17 Temmuz 2024