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科普知識
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電阻加熱器

毫米波濾波器如何控制尺寸和公差?

發布日期:2022-10-18 點擊率:51

隨著蜂窩移動技術的發展,移動帶寬不斷增加,頻段也越來越多,這些頻段或每一個子頻段中都需要一個帶通濾波器。隨著頻段數量的激增,所需的濾波器數量也呈爆炸式增長。毫米波濾波器技術是實現主流5G無線通信的重要組成部分,但在物理尺寸、制造公差和溫度穩定性方面存在很多困難。
 
在主流5G無線通信中,未來的重點將會轉移到使用毫米波(mmWave)頻譜中大于20 GHz的頻率來增加帶寬容量,最終提升傳輸速率。
 
我們都知道,由于頻率高、路徑損耗大,因此mmWave信號需要更小的天線,這些天線組合在一起,形成一個窄波束、高增益的陣列天線
 
如何設計高頻濾波器,使其適應天線的尺寸是濾波器設計的難點。另外,濾波器的制造公差和溫度穩定性也會影響產品設計生產的各個環節
 
mmWave技術的尺寸限制
 
在傳統的天線陣列系統中,需要陣子間的間距小于波長(λ/ 2)的一半,以避免產生干擾。
 
該原理在5G波束成形天線中同樣適用,例如,一個28 GHz頻帶的天線只有大約5 mm的陣子間距。
 
因此,這就要求陣列中的組件尺寸非常小。
 
mmWave應用中使用的相控陣通常采用板式結構設計,如下圖,天線(黃色區域)安裝在印刷電路板(PCB)(綠色區域)中,電路板(藍色區域)可以與天線板90度連接。
 
這些電路板上的空間已經很小了,但是新技術正在考慮一種更緊湊的平板結構,這意味著濾波器和其他電路塊需要更小的體積才能直接安裝在天線 pcb 的背面
 
毫米波濾波器
 
制造公差對濾波器的影響
 
考慮到毫米波濾波器的重要性,制造容差起著至關重要的作用。容差不僅影響濾波器性能,而且還會影響成本。 
 
為了進一步研究這些因素,我們比較了三種不同的26Ghz 濾波器制造方法:
 
PCB上的微帶濾波器
 
PCB上的帶狀線濾波器
 
小型表貼(SMT)的薄膜濾波器
 
下表是一般生產中會出現的極限公差:
 
毫米波濾波器
 
公差對PCB微帶濾波器的影響
 
如下圖,是一個微帶濾波器設計
 
毫米波濾波器
 
設計仿真曲線如下:
 
毫米波濾波器
 
為了研究公差對這種PCB微帶濾波器的影響,我們選取了8個可能的極限公差,可以看出,差異比較明顯。
 
毫米波濾波器
 
公差對PCB帶狀線濾波器的影響
 
圖中帶狀線濾波器的設計是7階結構,頂部和底部有30mil的RO3003介質板
 
 
毫米波濾波器
 
曲線抑制不是那么陡,矩形系數沒有微帶的好,因為沒有產生零點在通帶附近,同樣遠端諧波性能不是太好
 
毫米波濾波器
 
同樣我們進行容差分析,可以看出,敏感性比微帶線好一些
 
毫米波濾波器
 
公差對SMT微帶濾波器的影響
 
我們選用某公司的B259MC1S 26-GHz BPF型號,如下圖
 
 
毫米波濾波器
毫米波濾波器
對公差進行模擬如下圖,可以看出它對制造容差不太敏感。
 
 
 
毫米波濾波器
 
結論
 
5G無線通信要變得更快,需要20 GHz或更高頻率的毫米波濾波器技術。但是,在物理尺寸,公差穩定性方面存在某些困難。
 
因此,必須仔細考慮公差對設計的影響。可以看出,SMT濾波器的穩定性要強于微帶以及帶狀線, 后續毫米波通信,SMT表貼濾波器可能是未來的主流。
 

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