Cách thiết kế bộ lọc sóng milimét và kiểm soát kích thước cũng như dung sai của chúng

Công nghệ lọc sóng milimét (mmWave) là một thành phần quan trọng để cho phép truyền thông không dây 5G phổ biến, tuy nhiên nó phải đối mặt với nhiều thách thức về kích thước vật lý, dung sai sản xuất và độ ổn định nhiệt độ.

Trong lĩnh vực truyền thông không dây 5G phổ biến, trọng tâm tương lai sẽ chuyển sang sử dụng các tần số trên 20 GHz trong phổ sóng milimét để tăng cường dung lượng băng thông, từ đó thúc đẩy tốc độ truyền tải.

Ai cũng biết rằng do tần số cao và tổn hao đường truyền đáng kể, tín hiệu mmWave cần đến các anten nhỏ hơn. Các anten này được nhóm lại với nhau để tạo thành các anten mảng có chùm tia hẹp và độ lợi cao.

Một trong những khó khăn chính trong thiết kế bộ lọc nằm ở việc thích ứng với kích thước của anten, đặc biệt là đối với các bộ lọc tần số cao. Thêm vào đó, dung sai sản xuất và độ ổn định nhiệt của bộ lọc ảnh hưởng đáng kể đến mọi khía cạnh của thiết kế và sản xuất sản phẩm.

Những hạn chế về kích thước trong công nghệ mmWave

Trong các hệ thống mảng anten truyền thống, khoảng cách giữa các phần tử phải nhỏ hơn một nửa bước sóng (λ/2) để tránh nhiễu. Nguyên tắc này cũng áp dụng cho các anten định hướng chùm tia 5G. Ví dụ, một anten hoạt động trong băng tần 28 GHz có khoảng cách giữa các phần tử khoảng 5 mm. Do đó, các thành phần trong mảng phải cực kỳ nhỏ.

Các mảng pha được sử dụng trong các ứng dụng sóng milimét thường có thiết kế cấu trúc phẳng, như minh họa bên dưới, trong đó các anten (vùng màu vàng) được gắn trên các bảng mạch in (PCB) (vùng màu xanh lá cây), và các bảng mạch (vùng màu xanh lam) có thể được kết nối vuông góc với bảng anten.

Không gian trên các bo mạch này vốn đã rất hạn chế, nhưng các công nghệ mới nổi đang nghiên cứu các cấu trúc phẳng nhỏ gọn hơn nữa, điều đó có nghĩa là các bộ lọc và các khối mạch khác cần phải nhỏ hơn đáng kể để có thể gắn trực tiếp lên mặt sau của bo mạch in ăng-ten.