เทคโนโลยีตัวกรองคลื่นมิลลิเมตร (mmWave) เป็นส่วนประกอบสำคัญในการเปิดใช้งานการสื่อสารไร้สาย 5G ในรูปแบบกระแสหลัก แม้จะต้องเผชิญกับความท้าทายมากมายในแง่ของขนาดทางกายภาพ ความคลาดเคลื่อนในการผลิต และความเสถียรของอุณหภูมิ
ในแวดวงการสื่อสารไร้สาย 5G กระแสหลัก จุดเน้นในอนาคตจะเปลี่ยนไปสู่การใช้ความถี่ที่สูงกว่า 20 GHz ภายในสเปกตรัม mmWave เพื่อเพิ่มความจุแบนด์วิดท์ ซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลในที่สุด
เป็นที่ทราบกันดีว่าเนื่องจากความถี่สูงและการสูญเสียเส้นทางสัญญาณอย่างมีนัยสำคัญ สัญญาณ mmWave จึงจำเป็นต้องใช้เสาอากาศขนาดเล็ก เสาอากาศเหล่านี้จะถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเสาอากาศแบบอาร์เรย์ลำแสงแคบและกำลังขยายสูง
หนึ่งในปัญหาหลักในการออกแบบตัวกรองคือการปรับตัวให้เข้ากับขนาดของเสาอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวกรองความถี่สูง นอกจากนี้ ความคลาดเคลื่อนในการผลิตและความเสถียรของอุณหภูมิของตัวกรองยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อทุกแง่มุมของการออกแบบและการผลิตผลิตภัณฑ์
ข้อจำกัดด้านขนาดในเทคโนโลยี mmWave
ในระบบเสาอากาศแบบอาร์เรย์แบบดั้งเดิม ระยะห่างระหว่างองค์ประกอบต้องน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น (λ/2) เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน หลักการนี้ใช้ได้กับเสาอากาศบีมฟอร์มมิ่ง 5G เช่นกัน ตัวอย่างเช่น เสาอากาศที่ทำงานในย่านความถี่ 28 GHz จะมีระยะห่างระหว่างองค์ประกอบประมาณ 5 มม. ดังนั้น ส่วนประกอบภายในอาร์เรย์จึงต้องมีขนาดเล็กมาก
อาร์เรย์เฟสที่ใช้ในแอปพลิเคชัน mmWave มักใช้การออกแบบโครงสร้างแบบระนาบ ดังที่แสดงด้านล่าง โดยที่เสาอากาศ (พื้นที่สีเหลือง) จะได้รับการติดตั้งบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) (พื้นที่สีเขียว) และแผงวงจร (พื้นที่สีน้ำเงิน) สามารถเชื่อมต่อในแนวตั้งฉากกับแผงเสาอากาศได้
พื้นที่บนแผงวงจรเหล่านี้มีน้อยมากอยู่แล้ว แต่เทคโนโลยีใหม่ๆ กำลังสำรวจโครงสร้างแบบแบนที่กะทัดรัดมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าตัวกรองและบล็อกวงจรอื่นๆ จะต้องมีขนาดเล็กกว่าอย่างมากจึงจะติดตั้งได้โดยตรงที่ด้านหลังของ PCB ของเสาอากาศ
ผลกระทบของค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิตต่อตัวกรอง
เมื่อพิจารณาถึงความสำคัญของตัวกรอง mmWave ความคลาดเคลื่อนในการผลิตจึงมีบทบาทสำคัญ โดยส่งผลต่อทั้งประสิทธิภาพและต้นทุนของตัวกรอง
เพื่อศึกษาปัจจัยเหล่านี้เพิ่มเติม เราได้เปรียบเทียบวิธีการผลิตฟิลเตอร์ 26 GHz สามวิธีที่แตกต่างกัน:
ตารางต่อไปนี้แสดงรายละเอียดค่าความคลาดเคลื่อนสุดขั้วทั่วไปที่พบในการผลิต:
ผลกระทบต่อความคลาดเคลื่อนบนตัวกรองไมโครสตริป PCB
ตามที่แสดงด้านล่าง จะแสดงการออกแบบฟิลเตอร์ไมโครสตริป
เส้นโค้งจำลองการออกแบบเป็นดังนี้:
เพื่อศึกษาผลกระทบของค่าความคลาดเคลื่อนต่อฟิลเตอร์ไมโครสตริป PCB นี้ ได้มีการเลือกค่าความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้นได้ 8 ระดับ ซึ่งเผยให้เห็นความแตกต่างที่เห็นได้ชัด
ผลกระทบต่อความคลาดเคลื่อนของตัวกรอง PCB Stripline
การออกแบบตัวกรองสตริปไลน์ดังที่แสดงด้านล่างนี้เป็นโครงสร้าง 7 ชั้นโดยมีแผงไดอิเล็กตริก RO3003 30 มิลที่ด้านบนและด้านล่าง
การกลิ้งออกมีความชันน้อยกว่า และค่าสัมประสิทธิ์สี่เหลี่ยมผืนผ้าจะด้อยกว่าค่าสัมประสิทธิ์ของไมโครสตริปเนื่องจากไม่มีค่าศูนย์ใกล้กับแบนด์ผ่าน ส่งผลให้ประสิทธิภาพฮาร์มอนิกต่ำกว่าระดับที่เหมาะสมที่ความถี่ที่อยู่ห่างไกล
ในทำนองเดียวกัน การวิเคราะห์ความคลาดเคลื่อนบ่งชี้ถึงความไวที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับสายไมโครสตริป
บทสรุป
เพื่อให้การสื่อสารไร้สาย 5G มีความเร็วที่สูงขึ้น เทคโนโลยีตัวกรอง mmWave ที่ทำงานที่ความถี่ 20 GHz หรือสูงกว่าจึงเป็นสิ่งจำเป็น อย่างไรก็ตาม ความท้าทายยังคงมีอยู่ทั้งในด้านมิติทางกายภาพ ความเสถียรของความคลาดเคลื่อน และความซับซ้อนในการผลิต
ดังนั้น จึงต้องพิจารณาผลกระทบของค่าความคลาดเคลื่อนที่มีต่อการออกแบบอย่างรอบคอบ เห็นได้ชัดว่าตัวกรอง SMT มีเสถียรภาพมากกว่าตัวกรองไมโครสตริปและสตริปไลน์ ซึ่งชี้ให้เห็นว่าตัวกรองแบบติดตั้งบนพื้นผิว 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: 17 ก.ค. 2567