تعد تقنية مرشح الموجة المليمترية (mmWave) عنصرًا حاسمًا في تمكين الاتصالات اللاسلكية 5G السائدة، ومع ذلك فهي تواجه العديد من التحديات من حيث الأبعاد المادية، وتفاوتات التصنيع، واستقرار درجة الحرارة.
في مجال الاتصالات اللاسلكية 5G السائدة، سيتحول التركيز المستقبلي نحو استخدام الترددات فوق 20 جيجا هرتز ضمن طيف mmWave لتعزيز سعة عرض النطاق الترددي، مما يؤدي في النهاية إلى تعزيز معدلات النقل.
ومن المعروف أنه بسبب تردداتها العالية وفقدانها الكبير للمسار، فإن إشارات الموجات المليمترية تتطلب هوائيات أصغر. يتم تجميع هذه الهوائيات معًا لتكوين هوائيات ذات شعاع ضيق ومصفوفة عالية الكسب.
إحدى الصعوبات الأساسية في تصميم المرشح تكمن في التكيف مع أبعاد الهوائي، وخاصة بالنسبة للمرشحات عالية التردد. بالإضافة إلى ذلك، فإن تفاوتات التصنيع واستقرار درجة الحرارة للمرشحات تؤثر بشكل كبير على كل جانب من جوانب تصميم المنتج وإنتاجه.
قيود الحجم في تقنية mmWave
في أنظمة صفيف الهوائيات التقليدية، يجب أن يكون التباعد بين العناصر أقل من نصف الطول الموجي (2/2) لتجنب التداخل. وينطبق هذا المبدأ بالتساوي على هوائيات 5G. على سبيل المثال، يحتوي الهوائي الذي يعمل في نطاق 28 جيجا هرتز على تباعد بين العناصر يبلغ حوالي 5 مم. وبالتالي، يجب أن تكون المكونات الموجودة داخل الصفيف صغيرة للغاية.
غالبًا ما تعتمد المصفوفات الطورية المستخدمة في تطبيقات الموجات المليمترية تصميم هيكل مستو، كما هو موضح أدناه، حيث يتم تركيب 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، لكن 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 PCB الهوائي.
تأثير تفاوتات التصنيع على المرشحات
نظرًا لأهمية مرشحات mmWave، تلعب تفاوتات التصنيع دورًا محوريًا، مما يؤثر على أداء المرشح وتكلفته.
لمزيد من التحقيق في هذه العوامل، قمنا بمقارنة ثلاث طرق مختلفة لتصنيع مرشح 26 جيجا هرتز:
يوضح الجدول التالي التفاوتات القصوى النموذجية التي تمت مواجهتها في الإنتاج:
تأثير التسامح على مرشحات PCB Microstrip
كما هو موضح أدناه، يتم عرض تصميم مرشح microstrip.
منحنى محاكاة التصميم كما يلي:
لدراسة تأثير التسامح على مرشح الشريط الصغير ثنائي الفينيل متعدد الكلور، تم اختيار ثمانية تفاوتات محتملة قصوى، مما يكشف عن اختلافات ملحوظة.
تأثير التسامح على مرشحات خط ثنائي الفينيل متعدد الكلور
إن تصميم المرشح الشريطي، الموضح أدناه، عبارة عن هيكل من سبع مراحل مع ألواح عازلة 30 مل RO3003 في الأعلى والأسفل.
يكون التدحرج أقل حدة، والمعامل المستطيل أقل شأنا من معامل الشريط الصغير بسبب عدم وجود أصفار بالقرب من نطاق التمرير، مما يؤدي إلى أداء توافقي دون المستوى الأمثل عند الترددات البعيدة.
وبالمثل، يشير تحليل التسامح إلى حساسية أفضل مقارنة بخطوط microstrip.
خاتمة
لكي تحقق الاتصالات اللاسلكية 5G سرعات أعلى، تعد تقنية مرشح mmWave التي تعمل عند 20 جيجا هرتز أو ترددات أعلى أمرًا ضروريًا. ومع ذلك، لا تزال التحديات قائمة من حيث الأبعاد المادية، واستقرار التحمل، وتعقيدات التصنيع.
وبالتالي، يجب النظر بعناية في تأثير التفاوتات على التصاميم. من الواضح أن مرشحات SMT تظهر ثباتًا أكبر من مرشحات الشرائح الدقيقة والخطوط الشريطية، مما يشير إلى أن مرشحات SMT المثبتة على السطح قد تظهر كخيار رئيسي لاتصالات mmWave 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: 17 يوليو 2024