5G無線通信：如何設(shè)計高頻濾波器

WordG無線通信：如何設(shè)計高頻濾波器

隨著（科技）的飛速發(fā)展，（5G）技術(shù)也在不斷升級，進(jìn)而毫米波技術(shù)在中也有著更多的發(fā)展。毫米波技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于軍事雷達(dá)系統(tǒng)、短距離無線高速傳輸?shù)阮I(lǐng)域，其中毫米波（濾波器）技術(shù)是實現(xiàn)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(wěn)定性方面存在很多困難，接下來我們就具體看看主要是哪些方面遇到了瓶頸，同時學(xué)習(xí)一些相應(yīng)的解決方法。毫米波濾波器技術(shù)是實現(xiàn)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(wěn)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(zhuǎn)移到使用毫米波（mmWave）頻譜中大于20GHz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(shè)計高頻濾波器，使其適應(yīng)天線的尺寸是濾波器設(shè)計的難點。另外，濾波器的制造公差和溫度穩(wěn)定性也會影響產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)

mmWave技術(shù)的尺寸限制

在傳統(tǒng)的天線陣列系統(tǒng)中，需要陣子間的間距小于波長（λ/2）的一半，以避免產(chǎn)生干擾。

該原理在5G波束成形天線中同樣適用，例如，一個28GHz頻帶的天線只有大約5mm的陣子間距。

因此，這就要求陣列中的組件尺寸非常小。

mmWave應(yīng)用中使用的相控陣通常采用板式結(jié)構(gòu)設(shè)計，如下圖，天線（黃色區(qū)域）安裝在印刷電路板（（PCB））（綠色區(qū)域）中，電路板（藍(lán)色區(qū)域）可以與天線板90度連接。

這些電路板上的空間已經(jīng)很小了，但是新技術(shù)正在考慮一種更緊湊的平板結(jié)構(gòu)，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

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(guān)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(jìn)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(chǎn)中會出現(xiàn)的極限公差：

公差對PCB微帶濾波器的影響

如下圖，是一個微帶濾波器設(shè)計

設(shè)計（仿真）曲線如下：

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。

公差對PCB帶狀線濾波器的影響

圖中帶狀線濾波器的設(shè)計是7階結(jié)構(gòu)，頂部和底部有30mil的RO3003介質(zhì)板

曲線抑制不是那么陡，矩形系數(shù)沒有微帶的好，因為沒有產(chǎn)生零點在通帶附近，同樣遠(yuǎn)端諧波性能不是太好

同樣我們進(jìn)行容差分析，可以看出，敏感性比微帶線好一些

公差對SMT微帶濾波器的影響

我們選用某公司的B259MC1S26-GHzBPF型號，如下圖

對公差進(jìn)行（模擬）如下圖，可以看出它對制造容差不太敏感。

結(jié)論

5G無線通信要變得更快，需要20GHz或更高頻率的毫米波濾波器技術(shù)。但是，在物理尺寸，公差穩(wěn)定性方面存在某些困難。

因此，必須仔細(xì)考慮公差對設(shè)計的影響?？梢钥闯?，SM