A tecnologia de filtro Millimeter-Wave (MMWave) é um componente crucial para permitir a comunicação sem fio 5G com maior e-mail, mas enfrenta numerosos desafios em termos de dimensões físicas, tolerâncias de fabricação e estabilidade da temperatura.
No domínio da comunicação sem fio 5G, o foco futuro mudará para a utilização de frequências acima de 20 GHz no espectro MMWave para aprimorar a capacidade de largura de banda, aumentando as taxas de transmissão.
É sabido que, devido às suas altas frequências e perda significativa de caminho, os sinais de mmwave exigem antenas menores. Essas antenas são agrupadas para formar antenas de feixe estreito e de alto ganho.
Uma das principais dificuldades no design do filtro está na adaptação às dimensões da antena, especialmente para filtros de alta frequência. Além disso, as tolerâncias de fabricação e a estabilidade da temperatura dos filtros afetam significativamente todos os aspectos do design e produção do produto.
Restrições de tamanho na tecnologia MMWave
Nos sistemas tradicionais de matriz de antenas, o espaçamento entre os elementos deve ser menor que a metade do comprimento de onda (λ/2) para evitar interferências. Este princípio se aplica igualmente a antenas de formação de feixe 5G. Por exemplo, uma antena operando na banda de 28 GHz tem um espaçamento de elemento de aproximadamente 5 mm.
Matrizes fases empregadas em aplicações de mmwave geralmente adotam um design de estrutura planar, como ilustrado abaixo, onde as antenas (áreas amarelas) são montadas em placas de circuito impresso (PCBs) (áreas verdes) e as placas de circuito (áreas azuis) podem ser conectadas perpendicularmente à placa de antena.
O espaço nessas placas de circuito já é mínimo, mas as tecnologias emergentes estão explorando estruturas planas ainda mais compactas, o que implica que os filtros e outros blocos de circuito precisam ser significativamente menores para serem montados diretamente na parte traseira da PCB da antena.
Impacto das tolerâncias de fabricação nos filtros
Dado o significado dos filtros MMWave, as tolerâncias de fabricação desempenham um papel fundamental, influenciando o desempenho e o custo do filtro.
Para investigar mais esses fatores, comparamos três métodos distintos de fabricação de filtro de 26 GHz:
A tabela a seguir descreve as tolerâncias extremas típicas encontradas na produção:
Impacto de tolerância nos filtros microStrip de PCB
Conforme mostrado abaixo, um design de filtro de microstrip é exibido.
A curva de simulação de design é a seguinte:
Para estudar o efeito da tolerância nesse filtro de microfita de PCB, oito potenciais tolerâncias extremas foram selecionadas, revelando diferenças notáveis.
Impacto de tolerância nos filtros de tira de PCB
O design do filtro da linha de tira, mostrado abaixo, é uma estrutura de sete estágios com tábuas dielétricas de 30 mil RO3003 na parte superior e inferior.
O roll-off é menos íngreme e o coeficiente retangular é inferior ao da microfita devido à ausência de zeros perto da banda passante, resultando em desempenho harmônico abaixo do ideal em frequências distantes.
Da mesma forma, uma análise de tolerância indica uma melhor sensibilidade em comparação com as linhas de microfita.
Conclusão
Para a comunicação sem fio 5G para obter velocidades mais rápidas, a tecnologia de filtro MMWave operando a 20 GHz ou mais frequências é imperativa. No entanto, os desafios persistem em termos de dimensões físicas, estabilidade da tolerância e complexidades de fabricação.
Assim, o impacto das tolerâncias nos projetos deve ser cuidadosamente considerado. É evidente que os filtros SMT exibem maior estabilidade do que os filtros de microftrip e tira, sugerindo que os filtros de montagem de superfície SMT podem emergir como a escolha convencional para futuras comunicações de MMWave.
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Hora de postagem: Jul-17-2024