วิธีออกแบบตัวกรองคลื่นมิลลิเมตรและควบคุมขนาดและความคลาดเคลื่อนของตัวกรอง

เทคโนโลยีตัวกรองคลื่นมิลลิเมตร (mmWave) เป็นส่วนประกอบสำคัญในการทำให้การสื่อสารไร้สาย 5G สามารถใช้งานได้อย่างแพร่หลาย แต่ก็เผชิญกับความท้าทายมากมายในแง่ของขนาดทางกายภาพ ความคลาดเคลื่อนในการผลิต และความเสถียรของอุณหภูมิ

ในด้านการสื่อสารไร้สาย 5G กระแสหลัก ในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่การใช้ความถี่ที่สูงกว่า 20 GHz ภายในสเปกตรัมคลื่นมิลลิเมตร (mmWave) เพื่อเพิ่มความจุแบนด์วิดท์ ซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลในที่สุด

เป็นที่ทราบกันดีว่า เนื่องจากความถี่สูงและการสูญเสียระยะทางมาก สัญญาณคลื่นมิลลิเมตรจึงจำเป็นต้องใช้เสาอากาศขนาดเล็ก เสาอากาศเหล่านี้จึงถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเสาอากาศแบบอาร์เรย์ที่มีลำแสงแคบและอัตราขยายสูง

หนึ่งในความยากลำบากหลักในการออกแบบตัวกรองคือการปรับให้เข้ากับขนาดของเสาอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวกรองความถี่สูง นอกจากนี้ ความคลาดเคลื่อนในการผลิตและความเสถียรของอุณหภูมิของตัวกรองยังส่งผลกระทบอย่างมากต่อทุกแง่มุมของการออกแบบและการผลิตผลิตภัณฑ์

ข้อจำกัดด้านขนาดในเทคโนโลยีคลื่นมิลลิเมตร

ในระบบเสาอากาศแบบดั้งเดิม ระยะห่างระหว่างองค์ประกอบต้องน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น (λ/2) เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน หลักการนี้ใช้ได้กับเสาอากาศบีมฟอร์มมิ่ง 5G เช่นกัน ตัวอย่างเช่น เสาอากาศที่ทำงานในย่านความถี่ 28 GHz มีระยะห่างระหว่างองค์ประกอบประมาณ 5 มม. ดังนั้น ส่วนประกอบภายในอาร์เรย์จึงต้องมีขนาดเล็กมาก

อาร์เรย์เฟสที่ใช้ในงานคลื่นมิลลิเมตรมักใช้โครงสร้างแบบระนาบ ดังแสดงในภาพด้านล่าง โดยเสาอากาศ (พื้นที่สีเหลือง) จะติดตั้งอยู่บนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) (พื้นที่สีเขียว) และแผ่นวงจร (พื้นที่สีฟ้า) สามารถเชื่อมต่อในแนวตั้งฉากกับแผ่นเสาอากาศได้

พื้นที่บนแผงวงจรเหล่านี้มีจำกัดอยู่แล้ว แต่เทคโนโลยีใหม่ๆ กำลังสำรวจโครงสร้างแบบแบนที่กะทัดรัดยิ่งขึ้น ซึ่งหมายความว่าตัวกรองและบล็อกวงจรอื่นๆ จำเป็นต้องมีขนาดเล็กลงอย่างมากเพื่อให้สามารถติดตั้งได้โดยตรงที่ด้านหลังของแผงวงจรเสาอากาศ