Công nghệ lọc sóng milimet (mmWave) là một thành phần quan trọng trong việc hỗ trợ 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 chính thống, trọng tâm trong tương lai sẽ chuyển sang sử dụng tần số trên 20 GHz trong phổ mmWave để nâng cao dung lượng băng thông, cuối cùng là tăng tốc độ truyền.
Người ta biết rằng do tần số cao và độ suy hao đường truyền đáng kể nên tín hiệu mmWave cần có ăng-ten nhỏ hơn. Các ăng-ten này được nhóm lại với nhau để tạo thành các ăng-ten mảng có độ lợi cao, chùm tia hẹp.
Một trong những khó khăn chính trong thiết kế bộ lọc nằm ở việc thích ứng với kích thước của ăng-ten, đặc biệt đối với các bộ lọc tần số cao. Ngoài ra, dung sai sản xuất và độ ổn định nhiệt độ của bộ lọc tác động đáng kể đến mọi khía cạnh của thiết kế và sản xuất sản phẩm.
Hạn chế về kích thước trong công nghệ mmWave
Trong các hệ thống mảng ăng-ten truyền thống, khoảng cách giữa các phần tử phải nhỏ hơn một nửa bước sóng (λ/2) để tránh nhiễu. Nguyên tắc này cũng được áp dụng cho ăng-ten định dạng chùm tia 5G. Ví dụ: một ăng-ten hoạt động ở băng tần 28 GHz có khoảng cách phần tử xấp xỉ 5 mm. Do đó, các thành phần trong mảng phải cực kỳ nhỏ.
Các mảng theo pha được sử dụng trong các ứng dụng mmWave thường áp dụng thiết kế cấu trúc phẳng, như minh họa bên dưới, trong đó ăng-ten (vùng màu vàng) được gắn trên bảng mạch in (PCB) (vùng màu xanh lá cây) và bảng mạch (vùng màu xanh lam) có thể được kết nối vuông góc với bảng anten.
Không gian trên các bảng mạch này vốn đã rất nhỏ nhưng các công nghệ mới nổi đang khám phá các cấu trúc phẳng thậm chí còn nhỏ gọn hơn, nghĩa là các bộ lọc và các khối mạch khác cần phải nhỏ hơn đáng kể để được gắn trực tiếp vào mặt sau của ăng-ten PCB.
Tác động của dung sai sản xuất lên bộ lọc
Do tầm quan trọng của bộ lọc mmWave, dung sai sản xuất đóng vai trò then chốt, ảnh hưởng đến cả hiệu suất và giá thành của bộ lọc.
Để nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố này, chúng tôi đã so sánh ba phương pháp sản xuất bộ lọc 26 GHz riêng biệt:
Bảng sau đây nêu các dung sai cực kỳ điển hình gặp phải trong sản xuất:
Dung sai tác động lên bộ lọc vi dải PCB
Như được mô tả bên dưới, một thiết kế bộ lọc vi dải được trình bày.
Đường cong mô phỏng thiết kế như sau:
Để nghiên cứu ảnh hưởng của dung sai lên bộ lọc vi dải PCB này, tám dung sai cực trị tiềm năng đã được chọn, cho thấy những khác biệt đáng chú ý.
Dung sai tác động lên bộ lọc đường sọc PCB
Thiết kế bộ lọc dải, được hiển thị bên dưới, là cấu trúc bảy giai đoạn với bảng điện môi RO3003 30 triệu ở trên và dưới.
Độ cuộn ít dốc hơn và hệ số hình chữ nhật kém hơn so với hệ số của microstrip do không có các số 0 gần dải thông, dẫn đến hiệu suất sóng hài dưới mức tối ưu ở các tần số xa.
Tương tự, phân tích dung sai cho thấy độ nhạy tốt hơn so với các đường vi dải.
Phần kết luận
Để liên lạc không dây 5G đạt được tốc độ nhanh hơn, công nghệ lọc mmWave hoạt động ở tần số 20 GHz trở lên là bắt buộc. Tuy nhiên, vẫn tồn tại những thách thức về kích thước vật lý, độ ổn định dung sai và độ phức tạp trong sản xuất.
Vì vậy, tác động của dung sai đối với thiết kế phải được xem xét cẩn thận. Rõ ràng là các bộ lọc SMT thể hiện độ ổn định cao hơn các bộ lọc vi dải và dải băng, cho thấy rằng các bộ lọc gắn trên bề mặt SMT có thể trở thành lựa chọn chủ đạo cho truyền thông mmWave trong tương lai.
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.
Thời gian đăng: 17-07-2024