Keramische dielektrische 5G-Filter werden allmählich zum Standard in der Branche.

Eine Mobilfunkbasisstation besteht im Allgemeinen aus drei Teilen: einer Basisbandverarbeitungseinheit, einer Hochfrequenzverarbeitungseinheit und einem Antennensystem. Sie ist eine Funk-Sende- und Empfangsstation, die Informationen über eine Mobilfunkvermittlungsstelle mit Mobiltelefonen austauscht.

In Mobilfunkbasisstationen und Antennensystemen gehören Hochfrequenzgeräte (HF-Geräte) zu den Kernkomponenten. Zu den HF-Geräten zählen verschiedene Filter, Duplexer, Kombinierer, Turmverstärker, Speiseeinheiten, Leistungsteiler, Koppler, Antennensteuereinheiten und weitere Produkte. Der Filter befindet sich auf der Antennenseite. Beim Antennenaufbau von 5G-Basisstationen mit Massive-MIMO-Technologie entspricht grundsätzlich jedem Antennenkanal ein Filter. Der Duplexer befindet sich ebenfalls auf der Basisstationsseite und besteht im Wesentlichen aus einem Sende- und einem Empfangsfilter.

Als wichtiger Bestandteil von Hochfrequenzgeräten spielen Filter eine entscheidende Rolle bei der Frequenzauswahl für Basisstationen. Jede Basisstation verfügt in der Regel über eigene, klar definierte Frequenzbänder, weshalb sie verschiedene Frequenzsignale zum Senden und Empfangen auswählen können muss. Die Hauptfunktion des Filters besteht darin, die gesendeten und empfangenen Signale zu filtern und so Signale in unnötigen Frequenzbändern zu eliminieren. Dadurch wird die Genauigkeit der gesendeten und empfangenen Signale sichergestellt.

 Anwendung des Basisstationsfilters  

Base station filters mainly include metal coaxial cavity, ceramic dielectric resonance and ceramic dielectric filters.

Vergleich von drei Filtern

With the advent of the 5G era, a new wave of base station construction will be inevitable, and filters will also usher in a new wave of demand peaks. The previous cavity filters will gradually transform into ceramic dielectric filters.

1. Produktionsablauf für keramische dielektrische Filter

Der Produktionsprozess von keramischen dielektrischen Filtern umfasst im Wesentlichen Pulverherstellung, Pressen, Sintern, Schleifen, Metallisieren, Montage und Inbetriebnahme usw., wie in der Abbildung dargestellt:

   
 Ceramic dielectric filter production process flow chart

2. Characteristics of ceramic dielectric filters:

2.1  Dielektrische Filter zeichnen sich durch eine hohe Dielektrizitätskonstante, geringe Verluste, geringe Größe und hohe Leistungsfähigkeit für die großflächige Integration aus;Klein und einfach zu installieren.

2.2 Die nutzbare Frequenzbandbreite ist größer und kann höhere Leistungen verkraften..

2.3  Gute Zuverlässigkeit: The properties of ceramics are not sensitive to changes in temperature. This is more important outdoors. Unlike cavity filters, the performance changes greatly at high and low temperatures. At the same time, ceramics have good corrosion resistance;

2.4  Dielektrische Keramikfilter sind kostengünstig.

2.5  Dielectric filter performanceHängt vom Mikrowellenkeramikpulver abDie elektromagnetische Wellenresonanz im 5G-Keramik-Dielektrikumfilter findet innerhalb des keramischen Dielektrikums statt. Der Schlüsselrohstoff für die Herstellung dieser Filter ist mikrowellengeeignetes Keramikpulver. Dessen Zusammensetzung und Herstellung sind äußerst komplex.Main performance indicators of microwave dielectric ceramic powderMuss eine Dielektrizitätskonstante habenAnzahl (εr), Gütefaktor Q und geringe dielektrische Verluste, Resonanzfrequenz-Temperaturkoeffizient usw., die sich insbesondere widerspiegeln in:

    2.5.1 FehlerbehebungAnzahl: High dielectric constant can realize the design of miniaturized filter size, but the higher the dielectric constant is not, the better. Too high dielectric constant will affect the filter size.affects the transmission loss, so the design requirements of the filter need to be considered to select the appropriate dielectric constant. The dielectric constant of microwave dielectric ceramics mainly depends on the crystal phase in the material structure and the preparation process.

    2.5.2 FehlersucheSeveral Q, low dielectric lossJe höher der Gütefaktor Q, desto schmaler das Durchlassband, desto besser die Selektivität des Schaltkreises und desto besser die Filterleistung. Der Q-Wert ist umgekehrt proportional zum dielektrischen Verlustfaktor tanδ. Je größer der Q-Wert, desto geringer die Einfügungsdämpfung des Filters. Die Materialstruktur ist homogen, hochdicht und weist ein gleichmäßiges Kornwachstum auf. Die Reduzierung von Verunreinigungen und Defekten kann den Q-Wert verbessern.

    2.5.3 Fehlerfrequency temperature coefficient: The temperature coefficient of the resonant frequency is close to zero, which can achieve high stability and reliability of the filter. The frequency temperature coefficient is mainly determined by the linear expansion coefficient and dielectric constant of the material.

   Zusätzliche Hinweise:Die derzeit zur Herstellung keramischer dielektrischer Filter verwendeten Pulvermaterialien umfassen hauptsächlich:Magnesiumhydroxid, Magnesiumtitanat, Calciumcarbonat, Magnesiumoxid, Bariumcarbonat, Samariumoxid, Zinkoxid, Strontiumcarbonat, Aluminiumoxid, Lanthantrioxidwarten.

Mikrowellen-Keramikpulver  

3. Advantages of ceramic dielectric filters

Keramische dielektrische Filter werden durch Trockenpressen und Sintern von Pulver hergestellt, anschließend beidseitig mit Silber zur Elektrodenmetallisierung beschichtet und dann mit einer Gleichstrom-Hochspannung polarisiert, um einen piezoelektrischen Effekt zu erzeugen.After deformation on both sides of the ceramic piece, an electric field is generated and has series resonance characteristics.Da die oben genannte elektromagnetische Wellenresonanz innerhalb des druckkeramischen Mediums auftritt, ist es nicht notwendig, den Resonator zu fixieren, sodass das Volumen des dielektrischen Filters gering ist.

Andererseits reduziert Mikrowellenkeramikpulver aufgrund seiner höheren Güte (Q-Wert) im Vergleich zu Metallhohlräumen die Einfügungsdämpfung erheblich. Es zeichnet sich durch hohe Außerbanddämpfung, geringe Temperaturdrift, einen breiten Temperaturbereich sowie vielfältige Gehäuseformen und Ausgangsschnittstellen aus. Damit entspricht es dem Trend zur Miniaturisierung von Basisstationsfiltern und eignet sich für die steigende Anzahl von Gerätefiltern, die durch die Zunahme von Frequenzbändern und die höheren Anforderungen an Güte (Q-Wert) und Belastbarkeit von Hochfrequenzresonatoren im Rahmen der 5G-Technologie bedingt ist.

4. Nachteile keramischer dielektrischer Filter:

4.1 Probleme mit der Konsistenz der Mikrowellen-Keramikpulverrezeptur und der Vorbereitung für die MassenproduktionBei der Herstellung von dielektrischen Filtern müssen Anstrengungen unternommen werden, den Prozess so zu steuern, dass Keramiken mit weniger Verunreinigungen, weniger Defekten und gleichmäßig verteilten Körnern entstehen.4.2 The production process of ceramic filters is complex and metallization automation is also difficult.Der konkrete Prozess umfasstPulverherstellung, Pressformen, Sintern, Schleifen, Metallisieren, Montage und Inbetriebnahme usw.Aufgrund der Irreversibilität des Keramikschleifens ist die Produktoptimierung der Schlüssel zur Steigerung der Produktionskapazität. Darüber hinaus stellt die Automatisierung der Metallisierung eine technische Herausforderung dar.

 Filter-Debugging-Instrumente >>>> Netzwerkanalysator

5.1 Compared with metal cavity filters, ceramic dielectric filters have the advantages of small size, light weight, low loss, and large Q value, and have absolute advantages in applications in the 5G field. At the same time, with the continuous research and development of scientific research and technology, the problems of dielectric filters are gradually being solved, and their practicality continues to increase. With the development of 5G technology, ceramic dielectric filters are expected to keep up with the trend of the times, use their own advantages to better meet the needs of base stations in the 5G era, and gradually surpass cavity filters, thus becoming the mainstream of the industry.

5.2 With the advent of the 5G era, 5G base stations are developing towards miniaturization, lightweight and high integration. The number of antennas used in MIMO technology will increase exponentially, and it is expected that 64 or even 128 antennas will be required. Since each antenna needs to be equipped with a corresponding duplexer, and a corresponding filter is used to select and process the signal frequency, the demand for filters will increase significantly, which places higher requirements on the device size and heating performance of the filter. Due to its large size and high heat generation, cavity filters are difficult to be widely used in high-density antennas and face greater development pressure.Daher werden keramische dielektrische 5G-Filter aufgrund ihrer geringen Größe und ihres leichten Gewichts künftig eine führende Rolle auf dem riesigen 5G-Markt einnehmen.Gradually becoming the main player in the filter industryDurchfluss.

6. Zukunftsaussichten keramischer dielektrischer Filter

At present, Huawei and Ericsson, the world's four largest mobile communication base station equipment manufacturers, tend to use ceramic dielectric filters. ZTE and Nokia currently still focus on miniaturized metal cavity filters. They will transition to ceramic dielectric filters in the future, and the market share of ceramic filters will continue to increase. According to predictions by research institutions, there will be nearly 8.5 million base stations in the world in the 5G era. Based on an estimate of three antennas per base station and 64 filters per antenna, the demand for dielectric filters is about 1.6 billion, and the global market capacity of ceramic dielectric filters is about 56.6 billion yuan.

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