La tecnologia del filtro a onde millimetriche (MMWAVE) è una componente cruciale per consentire la comunicazione wireless 5G mainstream, ma deve affrontare numerose sfide in termini di dimensioni fisiche, tolleranze di produzione e stabilità della temperatura.
Nel regno della comunicazione wireless 5G mainstream, il focus futuro si sposterà verso l'utilizzo di frequenze superiori a 20 GHz all'interno dello spettro MMWAVE per migliorare la capacità di larghezza di banda, aumentando la tasso di trasmissione.
È noto che a causa delle loro alte frequenze e della perdita significativa del percorso, i segnali MMWAVE richiedono antenne più piccole. Queste antenne sono raggruppate per formare antenne a raggio a tracote strette.
Una delle principali difficoltà nella progettazione del filtro risiede nell'adattarsi alle dimensioni dell'antenna, in particolare per i filtri ad alta frequenza. Inoltre, le tolleranze di produzione e la stabilità della temperatura dei filtri incidono significativamente su ogni aspetto della progettazione e della produzione del prodotto.
Vincoli di dimensioni nella tecnologia MMWAVE
Nei sistemi di array di antenne tradizionali, la spaziatura tra elementi deve essere inferiore alla metà della lunghezza d'onda (λ/2) per evitare interferenze. Questo principio si applica ugualmente alle antenne a beamforming da 5G. Ad esempio, un'antenna che opera nella banda a 28 GHz ha una distanza di elementi di circa 5 mm. In seguito, i componenti all'interno dell'array devono essere estremamente piccoli.
Gli array a fasi impiegati in applicazioni MMWave spesso adottano un design della struttura planare, come illustrato di seguito, in cui le antenne (aree gialle) sono montate su circuiti stampati (PCB) (aree verdi) e i circuiti (aree blu) possono essere collegate perpendicolarmente alla scheda dell'antenna.
Lo spazio su questi circuiti è già minimo, ma le tecnologie emergenti stanno esplorando strutture piatte ancora più compatte, il che implica che i filtri e altri blocchi di circuiti devono essere significativamente più piccoli per essere montati direttamente sul retro del PCB dell'antenna.
Impatto delle tolleranze di produzione sui filtri
Dato il significato dei filtri MMWAVE, le tolleranze di produzione svolgono un ruolo fondamentale, influenzando sia le prestazioni e i costi del filtro.
Per studiare ulteriormente questi fattori, abbiamo confrontato tre distinti metodi di produzione del filtro a 26 GHz:
La tabella seguente delinea le tipiche tolleranze estreme incontrate nella produzione:
Impatto di tolleranza sui filtri microstrip PCB
Come illustrato di seguito, viene mostrato un design del filtro microstrip.
La curva di simulazione del design è la seguente:
Per studiare l'effetto della tolleranza su questo filtro microstrip PCB, sono state selezionate otto potenziali tolleranze estreme, rivelando notevoli differenze.
Impatto di tolleranza sui filtri di stripline PCB
Il design del filtro stripline, mostrato di seguito, è una struttura a sette stadi con schede dielettriche RO3003 da 30 mil nella parte superiore e inferiore.
Il roll-off è meno ripido e il coefficiente rettangolare è inferiore a quello della microstrip a causa dell'assenza di zeri vicino alla banda passante, con conseguente prestazione armonica non ottimale a frequenze distanti.
Allo stesso modo, un'analisi di tolleranza indica una migliore sensibilità rispetto alle linee di microstrip.
Conclusione
Per la comunicazione wireless 5G per ottenere velocità più elevate, è imperativa la tecnologia del filtro MMWAVE che opera a 20 GHz o frequenze più alte. Tuttavia, le sfide persistono in termini di dimensioni fisiche, stabilità di tolleranza e complessità di produzione.
Pertanto, l'impatto delle tolleranze sui progetti deve essere attentamente considerato. È evidente che i filtri SMT mostrano una maggiore stabilità rispetto ai filtri di microstrip e stripline, suggerendo che i filtri a montaggio superficiale SMT potrebbero emergere come scelta tradizionale per le future comunicazioni MMWave.
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Tempo post: lug-17-2024