밀리미터파(mmWave) 필터 기술은 주류 5G 무선 통신을 구현하는 데 중요한 구성 요소이지만 물리적 치수, 제조 허용 오차 및 온도 안정성 측면에서 수많은 문제에 직면해 있습니다.
주류 5G 무선 통신 영역에서 향후 초점은 mmWave 스펙트럼 내에서 20GHz 이상의 주파수를 활용하여 대역폭 용량을 향상시켜 궁극적으로 전송 속도를 높이는 방향으로 전환될 것입니다.
mmWave 신호는 높은 주파수와 상당한 경로 손실로 인해 더 작은 안테나가 필요하다는 것은 잘 알려져 있습니다. 이러한 안테나는 함께 그룹화되어 좁은 빔, 고이득 배열 안테나를 형성합니다.
필터 설계의 주요 어려움 중 하나는 특히 고주파 필터의 경우 안테나 크기에 적응하는 것입니다. 또한 필터의 제조 공차와 온도 안정성은 제품 설계 및 생산의 모든 측면에 큰 영향을 미칩니다.
mmWave 기술의 크기 제약
기존 안테나 어레이 시스템에서는 간섭을 피하기 위해 요소 사이의 간격이 파장의 절반(λ/2)보다 작아야 합니다. 이 원리는 5G 빔포밍 안테나에도 동일하게 적용됩니다. 예를 들어, 28GHz 대역에서 작동하는 안테나의 요소 간격은 약 5mm입니다. 따라서 어레이 내의 구성 요소는 매우 작아야 합니다.
mmWave 애플리케이션에 사용되는 위상 배열은 아래 그림과 같이 안테나(노란색 영역)가 인쇄 회로 기판(PCB)(녹색 영역)에 장착되고 회로 기판(파란색 영역)이 수직으로 연결될 수 있는 평면 구조 설계를 채택하는 경우가 많습니다. 안테나 보드.
이러한 회로 기판의 공간은 이미 최소화되어 있지만 최신 기술에서는 훨씬 더 컴팩트한 평면 구조를 탐색하고 있으며, 이는 필터 및 기타 회로 블록을 안테나 PCB 뒷면에 직접 장착하려면 훨씬 더 작아야 함을 의미합니다.
제조 공차가 필터에 미치는 영향
mmWave 필터의 중요성을 고려할 때 제조 공차는 필터 성능과 비용 모두에 영향을 미치는 중추적인 역할을 합니다.
이러한 요인을 더 자세히 조사하기 위해 우리는 세 가지 26GHz 필터 제조 방법을 비교했습니다.
다음 표에는 생산 시 발생하는 일반적인 극한 공차가 요약되어 있습니다.
PCB 마이크로스트립 필터에 대한 공차 영향
아래 그림과 같이 마이크로스트립 필터 설계가 나와 있습니다.
설계 시뮬레이션 곡선은 다음과 같습니다.
이 PCB 마이크로스트립 필터에 대한 공차의 영향을 연구하기 위해 8개의 잠재적인 극한 공차를 선택하여 주목할만한 차이점을 드러냈습니다.
PCB 스트립라인 필터에 대한 공차 영향
아래에 표시된 스트립라인 필터 설계는 상단과 하단에 30mil RO3003 유전체 보드가 있는 7단계 구조입니다.
롤오프는 덜 가파르고 통과 대역 근처에 0이 없기 때문에 직사각형 계수가 마이크로스트립 계수보다 열등하여 먼 주파수에서 차선의 고조파 성능을 초래합니다.
마찬가지로 공차 분석에서는 마이크로스트립 라인에 비해 감도가 더 우수함을 나타냅니다.
결론
5G 무선 통신이 더 빠른 속도를 구현하려면 20GHz 이상의 주파수에서 작동하는 mmWave 필터 기술이 필수적입니다. 그러나 물리적 치수, 공차 안정성 및 제조 복잡성 측면에서 문제가 지속됩니다.
따라서 공차가 설계에 미치는 영향을 신중하게 고려해야 합니다. SMT 필터가 마이크로스트립 및 스트립라인 필터보다 안정성이 더 높다는 것은 분명하며, 이는 SMT 표면 실장 필터가 향후 mmWave 통신을 위한 주류 선택으로 부상할 수 있음을 시사합니다.
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게시 시간: 2024년 7월 17일