Công nghệ lọc sóng milimet (mmWave) là thành phần quan trọng 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 chính thống, trọng tâm trong tương lai sẽ chuyển sang sử dụng tần số trên 20 GHz trong phổ mmWave để tăng cường dung lượng băng thông, cuối cùng là tăng tốc độ truyền tải.
Người ta đã biết rằng do tần số cao và suy hao đường truyền đáng kể, tín hiệu mmWave đòi hỏi các ăng-ten nhỏ hơn. Các ăng-ten này được nhóm lại với nhau để tạo thành ăng-ten mảng chùm hẹp, độ lợi cao.
Một trong những khó khăn chính trong thiết kế bộ lọc nằm ở việc điều chỉnh kích thước ăng-ten, đặc biệt là đối với bộ lọc tần số cao. Ngoài ra, dung sai sản xuất và độ ổn định nhiệt độ của bộ lọc ảnh hưởng đáng kể đến mọi khía cạnh của thiết kế và sản xuất sản phẩm.
Giới hạn 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 áp dụng cho ăng-ten định hướng chùm tia 5G. Ví dụ, một ăng-ten hoạt động trong băng tần 28 GHz có khoảng cách giữa các phần tử xấp xỉ 5 mm. Do đó, các thành phần trong mảng phải cực kỳ nhỏ.
Mảng 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 (khu vực màu vàng) được gắn trên bảng mạch in (PCB) (khu vực màu xanh lá cây) và bảng mạch (khu vực màu xanh lam) có thể được kết nối vuông góc với bảng ăng-ten.
Không gian trên các bảng mạch này vốn đã rất nhỏ, nhưng các công nghệ mới đang khám phá ra những cấu trúc phẳng nhỏ gọn hơn, ngụ ý rằng các bộ lọc và khối mạch khác cần phải nhỏ hơn đáng kể để có thể gắn trực tiếp vào mặt sau của PCB ăng-ten.
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 chi phí của bộ lọc.
Để tìm hiểu 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 phác thảo các dung sai cực đại điển hình gặp phải trong sản xuất:
Tác động của dung sai lên bộ lọc vi dải PCB
Như mô tả bên dưới, thiết kế bộ lọc vi dải được giới thiệu.
Đường cong mô phỏng thiết kế như sau:
Để nghiên cứu tác động của độ dung sai lên bộ lọc vi dải PCB này, tám độ dung sai cực đại tiềm ẩn đã được chọn, cho thấy sự khác biệt đáng chú ý.
Tác động của dung sai lên bộ lọc dải PCB
Thiết kế bộ lọc dạng dải, được hiển thị bên dưới, là cấu trúc bảy tầng với các tấm điện môi RO3003 30 mil ở trên cùng và dưới cùng.
Độ dốc giảm ít hơn và hệ số hình chữ nhật thấp hơn hệ số của dải vi mô do không có số không gần dải thông, dẫn đến hiệu suất hài không tối ưu ở các tần số xa.
Tương tự như vậy, phân tích dung sai cho thấy độ nhạy tốt hơn so với đường vi dải.
Phần kết luận
Để truyền thông không dây 5G đạt được tốc độ nhanh hơn, công nghệ lọc mmWave hoạt động ở tần số 20 GHz hoặc cao hơn là bắt buộc. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức về kích thước vật lý, độ ổn định dung sai và độ phức tạp trong sản xuất.
Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng tác động của dung sai lên thiết kế. Rõ ràng là bộ lọc SMT thể hiện độ ổn định cao hơn bộ lọc vi dải và bộ lọc dải, cho thấy bộ lọc gắn 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