밀리미터파(mmWave) 필터 기술은 주류 5G 무선 통신을 구현하는 데 중요한 구성 요소이지만 물리적 치수, 제조 허용 오차, 온도 안정성 측면에서 수많은 과제에 직면해 있습니다.
주류 5G 무선 통신 분야에서는 향후 mmWave 스펙트럼 내에서 20GHz 이상의 주파수를 활용하여 대역폭 용량을 향상시키고 궁극적으로 전송 속도를 높이는 방향으로 초점이 옮겨갈 것입니다.
밀리미터파 신호는 높은 주파수와 상당한 경로 손실로 인해 더 작은 안테나가 필요하다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 이러한 안테나들은 좁은 빔, 고이득 배열 안테나를 형성하기 위해 그룹화됩니다.
필터 설계의 주요 어려움 중 하나는 안테나 크기, 특히 고주파 필터의 크기에 맞춰 조정하는 것입니다. 또한, 필터의 제조 공차와 온도 안정성은 제품 설계 및 생산의 모든 측면에 큰 영향을 미칩니다.
mmWave 기술의 크기 제약
기존 안테나 배열 시스템에서는 간섭을 방지하기 위해 소자 간 간격이 파장의 절반(λ/2)보다 작아야 합니다. 이 원리는 5G 빔포밍 안테나에도 동일하게 적용됩니다. 예를 들어, 28GHz 대역에서 작동하는 안테나는 소자 간 간격이 약 5mm입니다. 따라서 배열 내 부품은 매우 작아야 합니다.
mmWave 애플리케이션에 사용되는 위상 배열은 종종 아래 그림과 같이 평면 구조 설계를 채택하는데, 여기서 안테나(노란색 영역)는 인쇄 회로 기판(PCB)(녹색 영역)에 장착되고, 회로 기판(파란색 영역)은 안테나 보드에 수직으로 연결될 수 있습니다.
이러한 회로 기판의 공간은 이미 최소한이지만, 새로운 기술은 더욱 컴팩트한 평면 구조를 모색하고 있으며, 이는 필터와 기타 회로 블록을 안테나 PCB 뒷면에 직접 장착하기 위해 상당히 더 작아야 함을 의미합니다.
필터에 대한 제조 허용 오차의 영향
mmWave 필터의 중요성을 감안할 때, 제조 허용 오차는 필터 성능과 비용 모두에 영향을 미치므로 핵심적인 역할을 합니다.
이러한 요소를 더 자세히 조사하기 위해 우리는 세 가지 다른 26GHz 필터 제조 방법을 비교했습니다.
다음 표는 생산 과정에서 발생하는 일반적인 극한 허용 오차를 요약한 것입니다.
PCB 마이크로스트립 필터에 대한 허용 오차 영향
아래 그림은 마이크로스트립 필터 설계를 보여줍니다.
설계 시뮬레이션 곡선은 다음과 같습니다.
이 PCB 마이크로스트립 필터에 대한 허용 오차의 영향을 연구하기 위해 잠재적으로 극단적인 허용 오차 8개를 선택한 결과, 눈에 띄는 차이점이 드러났습니다.
PCB 스트립라인 필터에 대한 허용 오차 영향
아래에 표시된 스트립라인 필터 설계는 상단과 하단에 30밀 RO3003 유전체 보드가 있는 7단계 구조입니다.
롤오프가 덜 가파르고, 통과 대역 근처에 0이 없기 때문에 직사각형 계수가 마이크로스트립보다 낮아 먼 주파수에서 최적이 아닌 고조파 성능이 나타납니다.
마찬가지로, 허용 오차 분석은 마이크로스트립 라인에 비해 더 나은 감도를 나타냅니다.
결론
5G 무선 통신의 더 빠른 속도를 위해서는 20GHz 이상의 주파수에서 작동하는 mmWave 필터 기술이 필수적입니다. 그러나 물리적 크기, 허용 오차 안정성, 그리고 제조 복잡성 측면에서 여전히 과제가 남아 있습니다.
따라서 설계에 대한 공차의 영향을 신중하게 고려해야 합니다. SMT 필터는 마이크로스트립 및 스트립라인 필터보다 안정성이 더 뛰어나다는 것이 분명하며, 이는 SMT 표면 실장 필터가 향후 mmWave 통신의 주류로 부상할 가능성을 시사합니다.
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게시 시간: 2024년 7월 17일