تُعد تقنية مرشحات الموجات المليمترية (mmWave) عنصرًا أساسيًا في تمكين الاتصالات اللاسلكية من الجيل الخامس (5G) السائدة، ومع ذلك فهي تواجه العديد من التحديات من حيث الأبعاد المادية، وتفاوتات التصنيع، واستقرار درجة الحرارة.
في مجال الاتصالات اللاسلكية السائدة من الجيل الخامس، سيتحول التركيز المستقبلي نحو استخدام الترددات التي تزيد عن 20 جيجاهرتز ضمن طيف الموجات المليمترية لتعزيز سعة النطاق الترددي، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة معدلات الإرسال.
من المعروف أن إشارات الموجات المليمترية، نظرًا لتردداتها العالية وفقدانها الكبير للإشارة، تتطلب هوائيات أصغر حجمًا. تُجمع هذه الهوائيات معًا لتشكيل هوائيات مصفوفة ذات حزمة ضيقة وكسب عالٍ.
تكمن إحدى الصعوبات الرئيسية في تصميم المرشحات في التكيف مع أبعاد الهوائي، لا سيما بالنسبة لمرشحات الترددات العالية. بالإضافة إلى ذلك، تؤثر دقة التصنيع وثبات درجة حرارة المرشحات بشكل كبير على جميع جوانب تصميم المنتج وإنتاجه.
قيود الحجم في تكنولوجيا الموجات المليمترية
في أنظمة مصفوفات الهوائيات التقليدية، يجب ألا تتجاوز المسافة بين العناصر نصف الطول الموجي (λ/2) لتجنب التداخل. وينطبق هذا المبدأ أيضاً على هوائيات تشكيل الحزمة في شبكات الجيل الخامس. فعلى سبيل المثال، يبلغ تباعد العناصر في هوائي يعمل في نطاق 28 جيجاهرتز حوالي 5 ملم. وبالتالي، يجب أن تكون مكونات المصفوفة صغيرة للغاية.
غالباً ما تعتمد المصفوفات المرحلية المستخدمة في تطبيقات الموجات المليمترية على تصميم هيكلي مستوٍ، 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 يجب أن تكون أصغر بكثير ليتم تركيبها مباشرة على الجزء الخلفي من لوحة الدوائر المطبوعة للهوائي.
تأثير التفاوتات التصنيعية على المرشحات
نظراً لأهمية مرشحات الموجات المليمترية، فإن التفاوتات التصنيعية تلعب دوراً محورياً، حيث تؤثر على كل من أداء المرشح وتكلفته.
ولمزيد من التحقيق في هذه العوامل، قمنا بمقارنة ثلاث طرق تصنيع مرشحات بتردد 26 جيجاهرتز:
يوضح الجدول التالي حدود التفاوت القصوى النموذجية التي يتم مواجهتها في الإنتاج:
تأثير التفاوت على مرشحات الميكروستريب في لوحات الدوائر المطبوعة
كما هو موضح أدناه، يتم عرض تصميم مرشح الشريط الدقيق.
منحنى محاكاة التصميم هو كما يلي:
لدراسة تأثير التفاوت على مرشح الشريط الميكروي للوحة الدوائر المطبوعة هذا، تم اختيار ثمانية تفاوتات قصوى محتملة، مما كشف عن اختلافات ملحوظة.
تأثير التفاوت على مرشحات الخطوط الشريطية للوحات الدوائر المطبوعة
تصميم مرشح الخطوط الشريطية، الموضح أدناه، هو هيكل من سبع مراحل مع لوحات عازلة RO3003 بسمك 30 مل في الأعلى والأسفل.
يكون الانخفاض أقل حدة، ويكون معامل المستطيل أقل من معامل الشريط الميكروي 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 الميكروستريب.
خاتمة
لتحقيق سرعات أعلى في اتصالات الجيل الخامس اللاسلكية، لا بد من استخدام تقنية مرشحات الموجات المليمترية التي تعمل بترددات 20 جيجاهرتز أو أعلى. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات قائمة فيما يتعلق بالأبعاد الفيزيائية، وثبات التفاوتات، وتعقيدات التصنيع.
لذا، يجب دراسة تأثير التفاوتات على التصاميم بعناية. من الواضح أن مرشحات SMT تتمتع بثبات أكبر من مرشحات الميكروستريب والستريبلاين، مما يشير إلى أن مرشحات SMT المثبتة على السطح قد تصبح الخيار السائد في اتصالات 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.
تاريخ النشر: 17 يوليو 2024