تشكل تقنية مرشح الموجات المليمترية (mmWave) عنصرًا أساسيًا في تمكين الاتصالات اللاسلكية السائدة لشبكات الجيل الخامس، إلا أنها تواجه العديد من التحديات من حيث الأبعاد المادية وتحملات التصنيع واستقرار درجة الحرارة.
في مجال الاتصالات اللاسلكية السائدة بتقنية الجيل الخامس، سوف يتحول التركيز المستقبلي نحو استخدام الترددات التي تزيد عن 20 جيجاهرتز ضمن طيف الموجات المليمترية لتعزيز سعة النطاق الترددي، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى زيادة معدلات الإرسال.
من المعروف أن إشارات الموجات المليمترية تتطلب هوائيات أصغر حجمًا نظرًا لتردداتها العالية وفقدانها الكبير في مسارها. تُجمع هذه الهوائيات معًا لتكوين مصفوفة هوائيات ضيقة الحزمة وعالية الكسب.
من أبرز صعوبات تصميم المرشحات التكيف مع أبعاد الهوائي، وخاصةً مرشحات التردد العالي. إضافةً إلى ذلك، تؤثر تحمّلات التصنيع وثبات درجة حرارة المرشحات بشكل كبير على جميع جوانب تصميم المنتج وإنتاجه.
قيود الحجم في تقنية الموجات المليمترية
في أنظمة مصفوفات الهوائيات التقليدية، يجب أن تكون المسافة بين العناصر أقل من نصف الطول الموجي (λ/2) لتجنب التداخل. وينطبق هذا المبدأ أيضًا على هوائيات تشكيل الحزمة 5G. على سبيل المثال، يبلغ التباعد بين عناصر الهوائي العامل في نطاق 28 جيجاهرتز حوالي 5 مم. وبالتالي، يجب أن تكون مكونات المصفوفة صغيرة للغاية.
غالبًا ما تعتمد المصفوفات الطورية المستخدمة في تطبيقات mmWave على تصميم هيكل مستوٍ، كما هو موضح أدناه، حيث يتم تثبيت الهوائيات (المناطق الصفراء) على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) (المناطق الخضراء)، ويمكن توصيل لوحات الدوائر (المناطق الزرقاء) بشكل عمودي على لوحة الهوائي.
المساحة الموجودة على لوحات الدوائر هذه ضئيلة بالفعل، ولكن التقنيات الناشئة تستكشف هياكل مسطحة أكثر إحكاما، مما يعني أن المرشحات وكتل الدوائر الأخرى تحتاج إلى أن تكون أصغر بكثير ليتم تركيبها مباشرة على الجزء الخلفي من لوحة الدوائر المطبوعة للهوائي.
تأثير تفاوتات التصنيع على المرشحات
نظرًا لأهمية مرشحات mmWave، تلعب تحمّلات التصنيع دورًا محوريًا، حيث تؤثر على كل من أداء المرشح وتكلفته.
وللتحقق بشكل أكبر من هذه العوامل، قمنا بمقارنة ثلاث طرق مختلفة لتصنيع مرشح 26 جيجاهرتز:
يوضح الجدول التالي التفاوتات القصوى النموذجية التي يتم مواجهتها في الإنتاج:
تأثير التسامح على مرشحات شرائح PCB الدقيقة
كما هو موضح أدناه، يتم عرض تصميم مرشح الشريط الدقيق.
منحنى محاكاة التصميم هو كما يلي:
لدراسة تأثير التسامح على مرشح الشريط الدقيق للوحة الدوائر المطبوعة، تم اختيار ثمانية تسامحات متطرفة محتملة، مما كشف عن اختلافات ملحوظة.
تأثير التسامح على مرشحات الشريط PCB
إن تصميم مرشح الشريط، الموضح أدناه، عبارة عن هيكل مكون من سبع مراحل مع لوحات عازلة RO3003 مقاس 30 مل في الأعلى والأسفل.
إن الانحدار أقل حدة، والمعامل المستطيلي أدنى من معامل الشريط الدقيق بسبب غياب الأصفار بالقرب من نطاق التمرير، مما يؤدي إلى أداء توافقي دون المستوى الأمثل عند الترددات البعيدة.
وعلى نحو مماثل، يشير تحليل التسامح إلى حساسية أفضل مقارنة بخطوط الشرائط الدقيقة.
خاتمة
لتحقيق سرعات أعلى لاتصالات الجيل الخامس اللاسلكية، تُعد تقنية مرشح الموجات المليمترية العاملة بترددات 20 جيجاهرتز أو أعلى أمرًا بالغ الأهمية. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات تتعلق بالأبعاد المادية، واستقرار التفاوتات، وتعقيدات التصنيع.
لذا، يجب دراسة تأثير التفاوتات على التصاميم بعناية. من الواضح أن مرشحات SMT تتمتع بثبات أكبر من مرشحات الشرائط الدقيقة والخطوط الشريطية، مما يشير إلى أن مرشحات SMT المثبتة على السطح قد تصبح الخيار السائد لاتصالات الموجات المليمترية المستقبلية.
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.
وقت النشر: ١٧ يوليو ٢٠٢٤