فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی 5G به تدریج به جریان اصلی صنعت تبدیل می‌شوند

یک ایستگاه پایه ارتباطات سیار عموماً شامل سه بخش است: واحد پردازش باند پایه، واحد پردازش فرکانس رادیویی و سیستم آنتن. این یک ایستگاه فرستنده-گیرنده رادیویی است که اطلاعات را از طریق یک مرکز سوئیچینگ ارتباطات سیار با پایانه‌های تلفن همراه منتقل می‌کند.

In mobile communication base stations and antenna systems, radio frequency devices are one of the core components. RF devices mainly include various types of filters, duplexers, combiners, tower amplifiers, feed units, power splitters, couplers, antenna control units and other products. The filter is located on the antenna side. For the 5G base station antenna construction arrangement, in the new MassiveMIMO antenna, it can be basically determined that each antenna channel will correspond to a filter. The duplexer is located on the base station side and essentially consists of a transmit filter and a receive filter.

فیلترها به عنوان بخش مهمی از دستگاه‌های فرکانس رادیویی، وظیفه مهم کمک به ایستگاه‌های پایه در انتخاب فرکانس‌ها را بر عهده دارند. به طور کلی، ایستگاه‌های پایه مختلف، باندهای فرکانسی عملیاتی شفاف خود را دارند، بنابراین ایستگاه پایه باید توانایی انتخاب سیگنال‌های فرکانسی مختلف برای ارسال و دریافت را داشته باشد. عملکرد اصلی فیلتر، فیلتر کردن سیگنال‌های ارسالی و دریافتی است که می‌تواند سیگنال‌های موجود در باندهای فرکانسی غیرضروری را حذف کند و در نتیجه دقت سیگنال‌های ارسالی و دریافتی را تضمین کند.

 کاربرد فیلتر ایستگاه پایه  

فیلترهای ایستگاه پایه عمدتاً شامل حفره کواکسیال فلزی، رزونانس دی‌الکتریک سرامیکی و فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی هستند.

Comparison of three filters

با ظهور عصر 5G، موج جدیدی از ساخت ایستگاه‌های پایه اجتناب‌ناپذیر خواهد بود و فیلترها نیز موج جدیدی از اوج تقاضا را به همراه خواهند داشت. فیلترهای حفره‌ای قبلی به تدریج به فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی تبدیل می‌شوند.

1. جریان فرآیند تولید فیلتر دی الکتریک سرامیکی

The production process of ceramic dielectric filters mainly includes powder manufacturing, pressing, sintering, grinding, metallization, assembly and debugging, etc., as shown in the figure:

   
 Ceramic dielectric filter production process flow chart

۲. ویژگی‌های فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی:

2.1  Dielectric filters have high dielectric constant, low loss, small size, and high power for large-scale integration;اندازه کوچک و نصب آسان.

2.2 پهنای باند فرکانسی قابل پوشش وسیع‌تر است و می‌تواند توان بالاتری را تحمل کند.

2.3  قابلیت اطمینان خوبخواص سرامیک‌ها به تغییرات دما حساس نیستند. این موضوع در فضای باز اهمیت بیشتری دارد. برخلاف فیلترهای حفره‌ای، عملکرد آنها در دماهای بالا و پایین به شدت تغییر می‌کند. در عین حال، سرامیک‌ها مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند؛

2.4  فیلترهای سرامیکی دی‌الکتریک کم‌هزینه هستند.

2.5  Dielectric filter performanceبستگی به پودر سرامیک مایکروویو دارد: رزونانس موج الکترومغناطیسی در فیلتر دی الکتریک سرامیکی 5G در داخل ماده دی الکتریک سرامیکی رخ می‌دهد و ماده کلیدی برای تولید فیلترهای دی الکتریک سرامیکی، پودر سرامیکی دی الکتریک مایکروویو است. پودر سرامیکی عملکرد فیلترهای دی الکتریک را تعیین می‌کند و فرمول و تهیه پودر بسیار دشوار است.شاخص‌های اصلی عملکرد پودر سرامیک دی‌الکتریک مایکروویوباید ثابت دی الکتریک داشته باشدعدد (εr)، ضریب کیفیت Q و تلفات دی‌الکتریک پایین، ضریب دمای فرکانس رزونانس و غیره، که به طور خاص در موارد زیر منعکس شده است:

    2.5.1 介电常عددثابت دی‌الکتریک بالا می‌تواند به طراحی فیلتر با اندازه کوچک منجر شود، اما هر چه ثابت دی‌الکتریک بالاتر نباشد، بهتر است. ثابت دی‌الکتریک خیلی بالا بر اندازه فیلتر تأثیر می‌گذارد.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 品质因Several Q, low dielectric lossهرچه ضریب کیفیت Q بالاتر باشد، باند عبور باریک‌تر، گزینش‌پذیری مدار بهتر و عملکرد فیلترینگ بهتری حاصل می‌شود. مقدار Q با تلفات دی‌الکتریک tanδ نسبت معکوس دارد. هرچه مقدار Q بزرگتر باشد، تلفات عبوری فیلتر کمتر است. ساختار ماده یکنواخت، بسیار متراکم و رشد دانه یکنواخت است. کاهش ناخالصی‌ها و نقص‌ها می‌تواند مقدار Q را بهبود بخشد.

    2.5.3 谐振frequency temperature coefficientضریب دمایی فرکانس رزونانس نزدیک به صفر است که می‌تواند به پایداری و قابلیت اطمینان بالای فیلتر دست یابد. ضریب دمایی فرکانس عمدتاً توسط ضریب انبساط خطی و ثابت دی‌الکتریک ماده تعیین می‌شود.

   یادداشت های اضافی:مواد پودری که در حال حاضر برای تهیه فیلترهای دی الکتریک سرامیکی استفاده می‌شوند، عمدتاً شامل موارد زیر هستند:هیدروکسید منیزیم، تیتانات منیزیم، کربنات کلسیم، اکسید منیزیم، کربنات باریم، اکسید ساماریوم، اکسید روی، کربنات استرانسیم، اکسید آلومینیوم، تری اکسید لانتانیمصبر کن.

پودر سرامیک مایکروویو  

3. Advantages of ceramic dielectric filters

فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی با پرس خشک و پخت پودر ساخته می‌شوند، سپس برای متالیزاسیون الکترود، از دو طرف با نقره پوشانده می‌شوند و در نهایت با ولتاژ بالای DC قطبی می‌شوند تا اثر پیزوالکتریک ایجاد کنند.After deformation on both sides of the ceramic piece, an electric field is generated and has series resonance characteristics.از آنجایی که تشدید موج الکترومغناطیسی فوق در داخل محیط سرامیکی تحت فشار رخ می‌دهد، نیازی به ثابت کردن تشدیدگر نیست، بنابراین حجم فیلتر دی‌الکتریک کوچک است.

On the other hand, because microwave ceramic powder has higher Q-value material properties than metal cavities, it greatly reduces insertion loss. It has the characteristics of high out-of-band suppression, good temperature drift characteristics, wide temperature range, various forms of packaging structures and output interface forms. It meets the development trend of miniaturization of base station filters and becomes suitable for the increase in the number of equipment filters due to the increase in frequency bands and higher requirements for the Q value and power capacity of high-frequency resonators under the 5G technology framework.

4. Disadvantages of ceramic dielectric filters:

4.1 مشکلات مربوط به قوام فرمول پودر سرامیک مایکروویو و آماده سازی برای تولید انبوه: در طول فرآیند تولید فیلترهای دی الکتریک، باید تلاش شود تا فرآیند کنترل شود تا سرامیک هایی با ناخالصی کمتر، نقص کمتر و دانه های با توزیع یکنواخت تولید شوند.4.2 فرآیند تولید فیلترهای سرامیکی پیچیده است و اتوماسیون متالیزاسیون نیز دشوار است.: The specific process includesتولید پودر، قالب‌گیری پرس، تف‌جوشی، سنگ‌زنی، متالیزاسیون، مونتاژ و اشکال‌زدایی و غیرهبا توجه به برگشت‌ناپذیری سنگ‌زنی سرامیک، عیب‌یابی محصول کلید بهبود ظرفیت تولید است. علاوه بر این، اتوماسیون متالیزاسیون نیز یک مشکل فنی است.

 ابزارهای اشکال‌زدایی فیلتر >>>>آنالایزر شبکه

۵.۱ در مقایسه با فیلترهای حفره فلزی، فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی از مزایای اندازه کوچک، وزن سبک، تلفات کم و مقدار Q بالا برخوردارند و در کاربردهای حوزه ۵G از مزایای مطلق برخوردارند. در عین حال، با تحقیق و توسعه مداوم تحقیقات علمی و فناوری، مشکلات فیلترهای دی‌الکتریک به تدریج حل می‌شوند و کاربرد آنها همچنان رو به افزایش است. با توسعه فناوری ۵G، انتظار می‌رود فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی با روند زمانه همگام شوند، از مزایای خود برای برآورده کردن بهتر نیازهای ایستگاه‌های پایه در دوران ۵G استفاده کنند و به تدریج از فیلترهای حفره‌ای پیشی بگیرند و در نتیجه به جریان اصلی صنعت تبدیل شوند.

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.Therefore, 5G ceramic dielectric filters will take advantage of their small size and light weight to take the lead in the vast 5G market in the future and willبه تدریج به بازیگر اصلی در صنعت فیلتر تبدیل می‌شودجریان.

۶. چشم‌انداز آینده فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی

در حال حاضر، هواوی و اریکسون، چهار تولیدکننده بزرگ تجهیزات ایستگاه پایه ارتباطات سیار در جهان، تمایل به استفاده از فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی دارند. ZTE و نوکیا در حال حاضر هنوز بر روی فیلترهای حفره فلزی مینیاتوری تمرکز دارند. آنها در آینده به فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی روی خواهند آورد و سهم بازار فیلترهای سرامیکی همچنان افزایش خواهد یافت. طبق پیش‌بینی‌های موسسات تحقیقاتی، در دوران 5G نزدیک به 8.5 میلیون ایستگاه پایه در جهان وجود خواهد داشت. بر اساس تخمین سه آنتن در هر ایستگاه پایه و 64 فیلتر در هر آنتن، تقاضا برای فیلترهای دی‌الکتریک حدود 1.6 میلیارد است و ظرفیت بازار جهانی فیلترهای دی‌الکتریک سرامیکی حدود 56.6 میلیارد یوان است.

This article comes from "Filter". If there is any infringement or other issues, please contact us to delete it.برای حمایت از حقوق مالکیت معنوی، لطفاً هنگام چاپ مجدد، منبع اصلی و نویسنده را ذکر کنید.