فناوری فیلتر موج میلی‌متری (mmWave) یک جزء حیاتی در فعال‌سازی ارتباطات بی‌سیم 5G است، با این حال با چالش‌های متعددی از نظر ابعاد فیزیکی، تلرانس‌های تولید و پایداری دما مواجه است.
در حوزه ارتباطات بی‌سیم 5G رایج، تمرکز آینده به سمت استفاده از فرکانس‌های بالاتر از 20 گیگاهرتز در طیف mmWave برای افزایش ظرفیت پهنای باند و در نهایت افزایش نرخ انتقال تغییر خواهد کرد.
کاملاً مشخص است که به دلیل فرکانس‌های بالا و تلفات قابل توجه مسیر، سیگنال‌های موج میلی‌متری به آنتن‌های کوچک‌تری نیاز دارند. این آنتن‌ها برای تشکیل آنتن‌های آرایه‌ای پرتو باریک و بهره بالا، در کنار هم قرار می‌گیرند.
یکی از مشکلات اصلی در طراحی فیلتر، تطبیق با ابعاد آنتن، به ویژه برای فیلترهای فرکانس بالا است. علاوه بر این، تلرانس‌های تولید و پایداری دمایی فیلترها به طور قابل توجهی بر هر جنبه‌ای از طراحی و تولید محصول تأثیر می‌گذارد.
محدودیت‌های اندازه در فناوری mmWave
در سیستم‌های آرایه آنتن سنتی، فاصله بین عناصر باید کمتر از نصف طول موج (λ/2) باشد تا از تداخل جلوگیری شود. این اصل به طور مشابه در مورد آنتن‌های پرتودهی 5G نیز صدق می‌کند. به عنوان مثال، آنتنی که در باند 28 گیگاهرتز کار می‌کند، فاصله عناصر تقریباً 5 میلی‌متر دارد. در نتیجه، اجزای درون آرایه باید بسیار کوچک باشند.
آرایه‌های فازی که در کاربردهای mmWave به کار می‌روند، اغلب از یک طراحی ساختار مسطح، همانطور که در زیر نشان داده شده است، استفاده می‌کنند که در آن آنتن‌ها (مناطق زرد) روی بردهای مدار چاپی (PCB) (مناطق سبز) نصب می‌شوند و بردهای مدار (مناطق آبی) می‌توانند به صورت عمود بر برد آنتن متصل شوند.
فضای روی این بردهای مدار در حال حاضر بسیار کم است، اما فناوری‌های نوظهور در حال بررسی ساختارهای مسطح فشرده‌تر هستند، به این معنی که فیلترها و سایر بلوک‌های مدار باید به طور قابل توجهی کوچک‌تر شوند تا بتوانند مستقیماً روی پشت PCB آنتن نصب شوند.
تأثیر تلرانس‌های تولید بر فیلترها
با توجه به اهمیت فیلترهای mmWave، تلرانس‌های تولید نقش محوری دارند و بر عملکرد و هزینه فیلتر تأثیر می‌گذارند.
برای بررسی بیشتر این عوامل، ما سه روش تولید فیلتر 26 گیگاهرتزی متمایز را با هم مقایسه کردیم:
جدول زیر تلرانس‌های شدید معمول در تولید را شرح می‌دهد:
تأثیر تلرانس بر فیلترهای میکرواستریپ PCB
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، طراحی یک فیلتر میکرواستریپ به نمایش گذاشته شده است.
منحنی شبیه‌سازی طراحی به شرح زیر است:
برای مطالعه تأثیر تلرانس بر روی این فیلتر میکرواستریپ PCB، هشت تلرانس شدید بالقوه انتخاب شدند که تفاوت‌های قابل توجهی را نشان می‌دهند.
تأثیر تلورانس بر فیلترهای نواری PCB
طراحی فیلتر استریپ‌لاین، که در زیر نشان داده شده است، یک ساختار هفت مرحله‌ای با بردهای دی‌الکتریک 30 میلی‌لیتری RO3003 در بالا و پایین است.
شیب افت ولتاژ کمتر است و ضریب مستطیلی به دلیل عدم وجود صفر در نزدیکی باند عبور، نسبت به میکرواستریپ پایین‌تر است که منجر به عملکرد هارمونیکی غیربهینه در فرکانس‌های دور می‌شود.
به طور مشابه، تحلیل تلرانس، حساسیت بهتری را در مقایسه با خطوط میکرواستریپ نشان می‌دهد.
نتیجه‌گیری
برای دستیابی به سرعت‌های بالاتر در ارتباطات بی‌سیم 5G، فناوری فیلتر mmWave که در فرکانس‌های 20 گیگاهرتز یا بالاتر کار می‌کند، ضروری است. با این حال، چالش‌هایی از نظر ابعاد فیزیکی، پایداری تحمل و پیچیدگی‌های تولید همچنان پابرجاست.
بنابراین، تأثیر تلرانس‌ها بر طراحی‌ها باید با دقت در نظر گرفته شود. بدیهی است که فیلترهای SMT پایداری بیشتری نسبت به فیلترهای میکرواستریپ و استریپ‌لاین نشان می‌دهند، که نشان می‌دهد فیلترهای نصب سطحی SMT ممکن است به عنوان انتخاب اصلی برای ارتباطات mmWave آینده ظهور کنند.
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.
زمان ارسال: ۱۷ ژوئیه ۲۰۲۴