เทคโนโลยีตัวกรองคลื่นมิลลิเมตร (mmWave) เป็นองค์ประกอบสำคัญในการเปิดใช้งานการสื่อสารไร้สาย 5G กระแสหลัก แต่ยังเผชิญกับความท้าทายมากมายในแง่ของขนาดทางกายภาพ ความทนทานต่อการผลิต และความเสถียรของอุณหภูมิ
ในขอบเขตของการสื่อสารไร้สาย 5G กระแสหลัก การมุ่งเน้นในอนาคตจะเปลี่ยนไปใช้ความถี่ที่สูงกว่า 20 GHz ภายในสเปกตรัม mmWave เพื่อเพิ่มความจุแบนด์วิธ ซึ่งท้ายที่สุดจะเป็นการเพิ่มอัตราการส่งข้อมูล
เป็นที่ทราบกันดีว่าเนื่องจากมีความถี่สูงและการสูญเสียเส้นทางอย่างมาก สัญญาณ mmWave จึงจำเป็นต้องใช้เสาอากาศที่มีขนาดเล็กลง เสาอากาศเหล่านี้ถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเสาอากาศแบบลำแสงแคบและมีกำลังขยายสูง
ปัญหาหลักอย่างหนึ่งในการออกแบบตัวกรองอยู่ที่การปรับให้เข้ากับขนาดของเสาอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวกรองความถี่สูง นอกจากนี้ ความคลาดเคลื่อนในการผลิตและความเสถียรของอุณหภูมิของตัวกรองยังส่งผลกระทบอย่างมากต่อการออกแบบและการผลิตผลิตภัณฑ์ในทุกด้าน
ข้อจำกัดด้านขนาดในเทคโนโลยี mmWave
ในระบบอาเรย์เสาอากาศแบบเดิม ระยะห่างระหว่างองค์ประกอบต่างๆ จะต้องน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น (แล/2) เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน หลักการนี้ใช้กับเสาอากาศบีมฟอร์มมิ่ง 5G ได้อย่างเท่าเทียมกัน ตัวอย่างเช่น เสาอากาศที่ทำงานในย่านความถี่ 28 GHz มีระยะห่างระหว่างองค์ประกอบประมาณ 5 มม. ดังนั้น ส่วนประกอบภายในอาเรย์จึงต้องมีขนาดเล็กมาก
Phased Array ที่ใช้ในแอปพลิเคชัน mmWave มักจะใช้การออกแบบโครงสร้างระนาบ ดังภาพประกอบด้านล่าง โดยที่เสาอากาศ (พื้นที่สีเหลือง) ติดตั้งอยู่บนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) (พื้นที่สีเขียว) และแผงวงจร (พื้นที่สีน้ำเงิน) สามารถเชื่อมต่อในแนวตั้งฉากกับ คณะกรรมการเสาอากาศ
พื้นที่บนแผงวงจรเหล่านี้มีน้อยอยู่แล้ว แต่เทคโนโลยีเกิดใหม่กำลังสำรวจโครงสร้างแบนที่มีขนาดกะทัดรัดยิ่งขึ้น ซึ่งหมายความว่าตัวกรองและบล็อกวงจรอื่นๆ จำเป็นต้องมีขนาดเล็กลงอย่างมากจึงจะติดตั้งโดยตรงที่ด้านหลังของ PCB เสาอากาศ
ผลกระทบของความคลาดเคลื่อนในการผลิตต่อตัวกรอง
เมื่อพิจารณาถึงความสำคัญของตัวกรอง mmWave ความคลาดเคลื่อนในการผลิตจึงมีบทบาทสำคัญ ซึ่งส่งผลต่อทั้งประสิทธิภาพของตัวกรองและต้นทุน
เพื่อตรวจสอบปัจจัยเหล่านี้เพิ่มเติม เราได้เปรียบเทียบวิธีการผลิตตัวกรอง 26 GHz ที่แตกต่างกันสามวิธี:
ตารางต่อไปนี้สรุปความคลาดเคลื่อนสูงสุดทั่วไปที่พบในการผลิต:
ผลกระทบต่อความคลาดเคลื่อนต่อตัวกรองไมโครสตริป PCB
ดังภาพด้านล่าง มีการจัดแสดงการออกแบบตัวกรองไมโครสตริป
เส้นโค้งการจำลองการออกแบบมีดังนี้:
เพื่อศึกษาผลกระทบของค่าความคลาดเคลื่อนต่อตัวกรองไมโครสตริป PCB นี้ จึงมีการเลือกค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดที่อาจเกิดขึ้นได้ 8 ค่า ซึ่งเผยให้เห็นความแตกต่างที่เห็นได้ชัดเจน
ผลกระทบต่อความทนทานต่อตัวกรอง Stripline PCB
การออกแบบตัวกรองสตริปไลน์ที่แสดงด้านล่างเป็นโครงสร้างเจ็ดขั้นตอนพร้อมแผงอิเล็กทริก RO3003 30 ล้านที่ด้านบนและด้านล่าง
การโรลออฟมีความชันน้อยกว่า และสัมประสิทธิ์สี่เหลี่ยมนั้นด้อยกว่าไมโครสตริป เนื่องจากไม่มีศูนย์ใกล้กับพาสแบนด์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพฮาร์มอนิกต่ำกว่ามาตรฐานที่ความถี่ระยะไกล
ในทำนองเดียวกัน การวิเคราะห์ความทนทานบ่งชี้ถึงความไวที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเส้นไมโครสตริป
บทสรุป
เพื่อให้การสื่อสารไร้สาย 5G บรรลุความเร็วที่เร็วขึ้น เทคโนโลยีตัวกรอง mmWave ที่ทำงานที่ความถี่ 20 GHz หรือสูงกว่านั้นเป็นสิ่งจำเป็น อย่างไรก็ตาม ความท้าทายยังคงมีอยู่ในแง่ของขนาดทางกายภาพ ความเสถียรของความทนทาน และความซับซ้อนในการผลิต
ดังนั้นจึงต้องพิจารณาผลกระทบของความคลาดเคลื่อนต่อการออกแบบอย่างรอบคอบ เห็นได้ชัดว่าตัวกรอง SMT มีความเสถียรมากกว่าตัวกรองไมโครสตริปและสตริปไลน์ ซึ่งบ่งชี้ว่าตัวกรองแบบยึดพื้นผิว SMT อาจกลายเป็นตัวเลือกหลักสำหรับการสื่อสาร mmWave ในอนาคต
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.
เวลาโพสต์: Jul-17-2024