La tecnología de filtro de onda milímetro (MMWAVE) es un componente crucial para habilitar la comunicación inalámbrica 5G, sin embargo, enfrenta numerosos desafíos en términos de dimensiones físicas, tolerancias de fabricación y estabilidad de la temperatura.
En el ámbito de la comunicación inalámbrica 5G convencional, el enfoque futuro cambiará hacia la utilización de frecuencias superiores a 20 GHz dentro del espectro MMWave para mejorar la capacidad de ancho de banda, que en última instancia aumenta las tasas de transmisión.
Es bien sabido que debido a sus altas frecuencias y una pérdida significativa de ruta, las señales de MMWave requieren antenas más pequeñas. Estas antenas se agrupan para formar antenas de matriz de alta ganancia estrecha.
Una de las principales dificultades en el diseño del filtro radica en adaptarse a las dimensiones de la antena, especialmente para filtros de alta frecuencia. Además, las tolerancias de fabricación y la estabilidad de la temperatura de los filtros afectan significativamente cada aspecto del diseño y producción del producto.
Restricciones de tamaño en la tecnología MMWAVE
En los sistemas de matriz de antenas tradicionales, el espacio entre elementos debe ser inferior a la mitad de la longitud de onda (λ/2) para evitar interferencias. Este principio se aplica igualmente a las antenas de formación de haz 5G. Por ejemplo, una antena que opera en la banda de 28 GHz tiene un espacio de elementos de aproximadamente 5 mm. Con consecuencia, los componentes dentro de la matriz deben ser extremadamente pequeños.
Las matrices en fases empleadas en aplicaciones de MMWave a menudo adoptan un diseño de estructura plana, como se ilustra a continuación, donde las antenas (áreas amarillas) se montan en las placas de circuito impreso (PCB) (áreas verdes) y las placas de circuito (áreas azules) se pueden conectar perpendicularmente a la placa de antena.
El espacio en estas placas de circuito ya es mínimo, pero las tecnologías emergentes están explorando estructuras planas aún más compactos, lo que implica que los filtros y otros bloques de circuito deben ser significativamente más pequeños para montar directamente en la parte posterior de la PCB de la antena.
Impacto de las tolerancias de fabricación en los filtros
Dada la importancia de los filtros MMWave, las tolerancias de fabricación juegan un papel fundamental, influyendo en el rendimiento del filtro y el costo.
Para investigar más a fondo estos factores, comparamos tres métodos distintos de fabricación de filtros de 26 GHz:
La siguiente tabla describe las tolerancias extremas típicas encontradas en la producción:
Impacto de tolerancia en los filtros de microstrip de PCB
Como se muestra a continuación, se muestra un diseño de filtro de microstrip.
La curva de simulación de diseño es la siguiente:
Para estudiar el efecto de la tolerancia en este filtro de microstrip PCB, se seleccionaron ocho tolerancias extremas potenciales, revelando diferencias notables.
Impacto de tolerancia en los filtros de línea de stripb
El diseño del filtro de línea de línea, que se muestra a continuación, es una estructura de siete etapas con tableros dieléctricos RO3003 de 30 mil en la parte superior e inferior.
El rollo es menos empinado, y el coeficiente rectangular es inferior al del microstrip debido a la ausencia de ceros cerca de la banda de paso, lo que resulta en un rendimiento armónico subóptimo a frecuencias distantes.
Del mismo modo, un análisis de tolerancia indica una mejor sensibilidad en comparación con las líneas de microstrip.
Conclusión
Para la comunicación inalámbrica 5G para lograr velocidades más rápidas, la tecnología de filtro MMWAVE que funciona a 20 GHz o frecuencias más altas es imprescindible. Sin embargo, los desafíos persisten en términos de dimensiones físicas, estabilidad de tolerancia y complejidades de fabricación.
Por lo tanto, el impacto de las tolerancias en los diseños debe considerarse cuidadosamente. Es evidente que los filtros SMT exhiben una mayor estabilidad que los filtros de microstrip y stripline, lo que sugiere que los filtros de montaje de superficie SMT pueden surgir como la opción convencional para futuras comunicaciones de MMWAVE.
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Tiempo de publicación: julio-17-2024