เทคโนโลยีตัวกรองคลื่นมิลลิเมตร (mmWave) เป็นส่วนประกอบสำคัญในการเปิดใช้การสื่อสารไร้สาย 5G ในกระแสหลัก แม้จะต้องเผชิญกับความท้าทายมากมายในแง่ของขนาดทางกายภาพ ความทนทานในการผลิต และความเสถียรของอุณหภูมิ
ในแวดวงการสื่อสารไร้สาย 5G กระแสหลัก จุดเน้นในอนาคตจะเปลี่ยนไปเน้นการใช้ความถี่ที่สูงกว่า 20 GHz ภายในสเปกตรัม mmWave เพื่อเพิ่มความจุแบนด์วิดท์ ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะช่วยเพิ่มอัตราการส่งข้อมูล
เป็นที่ทราบกันดีว่าเนื่องจากสัญญาณ mmWave มีความถี่สูงและสูญเสียเส้นทางมาก จึงจำเป็นต้องใช้เสาอากาศขนาดเล็ก เสาอากาศเหล่านี้จะถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเสาอากาศแบบอาร์เรย์ลำแสงแคบที่มีอัตราขยายสูง
ความยากลำบากหลักประการหนึ่งในการออกแบบตัวกรองอยู่ที่การปรับตัวให้เข้ากับขนาดของเสาอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวกรองความถี่สูง นอกจากนี้ ความคลาดเคลื่อนในการผลิตและความเสถียรของอุณหภูมิของตัวกรองยังส่งผลกระทบอย่างมากต่อทุกแง่มุมของการออกแบบและการผลิตผลิตภัณฑ์
ข้อจำกัดด้านขนาดในเทคโนโลยี mmWave
ในระบบเสาอากาศอาร์เรย์แบบดั้งเดิม ระยะห่างระหว่างองค์ประกอบต้องน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น (λ/2) เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน หลักการนี้ใช้ได้กับเสาอากาศบีมฟอร์ม 5G เช่นกัน ตัวอย่างเช่น เสาอากาศที่ทำงานในย่านความถี่ 28 GHz จะมีระยะห่างระหว่างองค์ประกอบประมาณ 5 มม. ดังนั้น ส่วนประกอบภายในอาร์เรย์จะต้องมีขนาดเล็กมาก
อาร์เรย์เฟสที่ใช้ในแอปพลิเคชัน mmWave มักใช้การออกแบบโครงสร้างแบบระนาบ ดังที่แสดงด้านล่าง โดยที่เสาอากาศ (พื้นที่สีเหลือง) จะได้รับการติดตั้งบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) (พื้นที่สีเขียว) และแผงวงจร (พื้นที่สีน้ำเงิน) สามารถเชื่อมต่อในแนวตั้งฉากกับแผงเสาอากาศได้
พื้นที่บนแผงวงจรเหล่านี้มีขนาดเล็กอยู่แล้ว แต่เทคโนโลยีใหม่ๆ กำลังสำรวจโครงสร้างแบบแบนที่กะทัดรัดมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าตัวกรองและบล็อกวงจรอื่นๆ จะต้องมีขนาดเล็กลงอย่างมากจึงจะติดตั้งได้โดยตรงที่ด้านหลังของ PCB ของเสาอากาศได้
ผลกระทบของค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิตต่อตัวกรอง
เมื่อพิจารณาถึงความสำคัญของตัวกรอง mmWave ความคลาดเคลื่อนในการผลิตจึงมีบทบาทสำคัญ โดยส่งผลต่อทั้งประสิทธิภาพและต้นทุนของตัวกรอง
เพื่อศึกษาปัจจัยเหล่านี้เพิ่มเติม เราได้เปรียบเทียบวิธีการผลิตตัวกรอง 26 GHz ที่แตกต่างกันสามวิธี:
ตารางต่อไปนี้จะแสดงค่าความคลาดเคลื่อนสุดขั้วทั่วไปที่พบในการผลิต:
ผลกระทบของความคลาดเคลื่อนต่อตัวกรองไมโครสตริป PCB
ตามที่แสดงด้านล่างนี้ จะแสดงการออกแบบฟิลเตอร์ไมโครสตริป
เส้นโค้งจำลองการออกแบบเป็นดังนี้:
เพื่อศึกษาผลกระทบของค่าความคลาดเคลื่อนบนตัวกรองไมโครสตริป PCB นี้ มีการเลือกค่าความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้นได้ 8 ค่า ซึ่งเผยให้เห็นความแตกต่างที่เห็นได้ชัด
ผลกระทบของความคลาดเคลื่อนต่อตัวกรองสตริปไลน์ PCB
การออกแบบตัวกรองสตริปไลน์ดังที่แสดงด้านล่างนี้เป็นโครงสร้าง 7 ชั้นโดยมีแผงไดอิเล็กตริก RO3003 ขนาด 30 มิลที่ด้านบนและด้านล่าง
การโรลออฟมีความชันน้อยกว่า และค่าสัมประสิทธิ์สี่เหลี่ยมจะด้อยกว่าค่าสัมประสิทธิ์ของไมโครสตริปเนื่องจากไม่มีค่าศูนย์ใกล้แถบผ่าน ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานของฮาร์มอนิกที่ไม่เหมาะสมในความถี่ที่อยู่ห่างไกล
ในทำนองเดียวกัน การวิเคราะห์ความคลาดเคลื่อนบ่งชี้ว่ามีความไวที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับสายไมโครสตริป
บทสรุป
หากต้องการให้การสื่อสารไร้สาย 5G มีความเร็วที่เร็วขึ้น เทคโนโลยีตัวกรอง mmWave ที่ทำงานที่ความถี่ 20 GHz ขึ้นไปถือเป็นสิ่งจำเป็น อย่างไรก็ตาม ยังมีความท้าทายในด้านขนาดทางกายภาพ ความเสถียรของความคลาดเคลื่อน และความซับซ้อนในการผลิต
ดังนั้น จึงต้องพิจารณาผลกระทบของค่าความคลาดเคลื่อนที่มีต่อการออกแบบอย่างรอบคอบ เป็นที่ชัดเจนว่าฟิลเตอร์ SMT มีเสถียรภาพมากกว่าฟิลเตอร์ไมโครสตริปและสตริปไลน์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าฟิลเตอร์แบบติดพื้นผิว SMT อาจกลายมาเป็นตัวเลือกหลักสำหรับการสื่อสาร 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 : 17 ก.ค. 2567