Les filtres diélectriques céramiques 5G deviennent progressivement la norme dans l'industrie.

Une station de base de communication mobile comprend généralement trois parties : une unité de traitement en bande de base, une unité de traitement radiofréquence et un système d’antennes. Il s’agit d’une station émettrice-réceptrice radio qui transmet des informations aux terminaux de téléphonie mobile via un centre de commutation de communication mobile.

Dans les stations de base et les systèmes d'antennes de communication mobile, les dispositifs radiofréquences (RF) constituent un élément essentiel. Ces dispositifs RF comprennent principalement divers types de filtres, duplexeurs, combineurs, amplificateurs de pylône, unités d'alimentation, diviseurs de puissance, coupleurs, unités de contrôle d'antenne et autres produits. Le filtre est situé côté antenne. Dans la configuration des antennes des stations de base 5G, et plus particulièrement dans la nouvelle antenne MassiveMIMO, chaque canal d'antenne correspond à un filtre. Le duplexeur, également situé côté station de base, se compose essentiellement d'un filtre d'émission et d'un filtre de réception.

As an important part of radio frequency devices, filters bear the important task of helping base stations select frequencies. Generally speaking, different base stations have their own clear operating frequency bands, so the base station must have the ability to select various frequency signals for sending and receiving. The main function of the filter is to filter the transmitted and received signals, which can eliminate signals in unnecessary frequency bands, thereby ensuring the accuracy of transmitted and received signals.

 Application du filtre de station de base  

Les filtres de station de base comprennent principalement des filtres à cavité coaxiale métallique, à résonance diélectrique céramique et des filtres diélectriques céramiques.

Comparaison de trois filtres

Avec l'avènement de la 5G, une nouvelle vague de construction de stations de base est inévitable, et les filtres connaîtront également une nouvelle augmentation de la demande. Les anciens filtres à cavité seront progressivement remplacés par des filtres diélectriques en céramique.

1. Processus de production des filtres diélectriques en céramique

Le processus de production des filtres diélectriques en céramique comprend principalement la fabrication de poudres, le pressage, le frittage, le broyage, la métallisation, l'assemblage et la mise au point, etc., comme illustré sur la figure :

   
 Diagramme de flux du processus de production des filtres diélectriques céramiques

2. Characteristics of ceramic dielectric filters:

2.1  Dielectric filters have high dielectric constant, low loss, small size, and high power for large-scale integration;Petite taille et facile à installer.

2.2 La bande passante de la bande de fréquences couverte est plus large et peut supporter une puissance plus élevée..

2.3  Bonne fiabilitéLes propriétés des céramiques sont insensibles aux variations de température, ce qui est particulièrement important en extérieur. Contrairement aux filtres à cavité, leurs performances fluctuent considérablement entre les hautes et basses températures. Par ailleurs, les céramiques présentent une bonne résistance à la corrosion.

2.4  Les filtres en céramique diélectrique sont peu coûteux..

2.5  performances du filtre diélectriqueCela dépend de la poudre céramique micro-ondesLa résonance des ondes électromagnétiques dans le filtre diélectrique céramique 5G se produit au sein même du matériau diélectrique. Le matériau clé pour la fabrication de ces filtres est la poudre céramique diélectrique pour micro-ondes. Les performances du filtre dépendent de cette poudre, dont la formulation et la préparation sont extrêmement complexes.Principaux indicateurs de performance de la poudre céramique diélectrique pour micro-ondesMust have dielectric constantnombre (εr), facteur de qualité Q et faibles pertes diélectriques, coefficient de température de la fréquence de résonance, etc., se reflètent spécifiquement dans :

    2.5.1 Mise à journombre: 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.La constante diélectrique influe sur les pertes de transmission ; il est donc nécessaire de tenir compte des exigences de conception du filtre pour choisir la valeur appropriée. La constante diélectrique des céramiques diélectriques pour micro-ondes dépend principalement de la phase cristalline présente dans la structure du matériau et du procédé de fabrication.

    2.5.2 Mise à jourPlusieurs facteurs Q, faibles pertes diélectriquesPlus le facteur de qualité Q est élevé, plus la bande passante est étroite, meilleure est la sélectivité du circuit et meilleure est la fonction de filtrage. La valeur de Q est inversement proportionnelle à la tangente de l'angle de perte diélectrique (tanδ). Plus la valeur de Q est élevée, plus les pertes d'insertion du filtre sont faibles. La structure du matériau est uniforme, très dense et la croissance des grains est homogène. La réduction des impuretés et des défauts permet d'améliorer la valeur de Q.

    2.5.3 Paramètrescoefficient de température de fréquenceLe coefficient de température de la fréquence de résonance est proche de zéro, ce qui garantit une grande stabilité et une fiabilité élevée du filtre. Ce coefficient est principalement déterminé par le coefficient de dilatation linéaire et la constante diélectrique du matériau.

   Notes supplémentaires:Les matériaux en poudre actuellement utilisés pour la préparation des filtres diélectriques céramiques comprennent principalement :Hydroxyde de magnésium, titanate de magnésium, carbonate de calcium, oxyde de magnésium, carbonate de baryum, oxyde de samarium, oxyde de zinc, carbonate de strontium, oxyde d'aluminium, trioxyde de lanthaneattendre.

Poudre céramique pour micro-ondes  

3. Avantages des filtres diélectriques céramiques

Les filtres diélectriques en céramique sont fabriqués par pressage à sec et frittage de poudre, puis recouverts d'argent des deux côtés pour la métallisation des électrodes, et enfin polarisés par une haute tension continue pour produire un effet piézoélectrique.Après déformation des deux côtés de la pièce en céramique, un champ électrique est généré et présente des caractéristiques de résonance en série.Since the above electromagnetic wave resonance occurs inside the pressure ceramic medium, there is no need to fix the resonator, so the volume of the dielectric filter is small.

En revanche, grâce à ses propriétés de facteur de qualité (Q) supérieures à celles des cavités métalliques, la poudre céramique pour micro-ondes réduit considérablement les pertes d'insertion. Elle se caractérise par une forte suppression des interférences hors bande, une bonne stabilité thermique, une large plage de températures de fonctionnement et une grande variété de structures de boîtier et d'interfaces de sortie. Elle répond à la tendance à la miniaturisation des filtres de stations de base et s'adapte à l'augmentation du nombre de filtres nécessaires aux équipements, induite par l'accroissement des bandes de fréquences et les exigences accrues en matière de facteur Q et de puissance admissible des résonateurs haute fréquence dans le cadre de la technologie 5G.

4. Inconvénients des filtres diélectriques céramiques :

4.1 Problèmes liés à la constance de la formule de la poudre céramique pour micro-ondes et à sa préparation pour la production de masseLors du processus de production des filtres diélectriques, des efforts doivent être déployés pour contrôler le processus afin de produire des céramiques avec moins d'impuretés, moins de défauts et des grains uniformément répartis.4.2 Le processus de production des filtres en céramique est complexe et l'automatisation de la métallisation est également difficile.Le processus spécifique comprend :Fabrication de poudres, moulage par pression, frittage, broyage, métallisation, assemblage et mise au point, etc.En raison de l'irréversibilité du meulage de la céramique, la mise au point du produit est essentielle pour améliorer la capacité de production. De plus, l'automatisation de la métallisation représente également une difficulté technique.

 Instruments de débogage de filtres >>>> Analyseur de réseau

5.1 Comparés aux filtres à cavité métallique, les filtres diélectriques céramiques présentent l'avantage d'être compacts, légers, à faibles pertes et dotés d'un facteur de qualité élevé (Q), ce qui leur confère des atouts indéniables pour les applications 5G. Parallèlement, grâce aux progrès constants de la recherche et du développement, les problèmes des filtres diélectriques sont progressivement résolus et leur utilité ne cesse de croître. Avec l'avènement de la 5G, les filtres diélectriques céramiques devraient s'adapter aux évolutions technologiques, tirer parti de leurs avantages pour répondre au mieux aux besoins des stations de base à l'ère de la 5G et surpasser progressivement les filtres à cavité, pour devenir ainsi la solution de référence du secteur.

5.2 Avec l'avènement de la 5G, les stations de base 5G évoluent vers une miniaturisation, une légèreté et une intégration accrues. Le nombre d'antennes utilisées dans la technologie MIMO va croître de façon exponentielle, et l'on prévoit qu'il en faudra 64, voire 128. Chaque antenne devant être équipée d'un duplexeur et un filtre adapté pour sélectionner et traiter la fréquence du signal, la demande en filtres va augmenter considérablement, ce qui impose des exigences plus élevées en matière de taille et de dissipation thermique. Du fait de leur taille importante et de leur forte dissipation thermique, les filtres à cavité sont difficiles à généraliser dans les antennes haute densité et font face à une pression de développement accrue.Par conséquent, les filtres diélectriques céramiques 5G, grâce à leur petite taille et à leur légèreté, occuperont une place prépondérante sur le vaste marché de la 5G à l'avenir.Devenant progressivement l'acteur principal de l'industrie des filtresdébit.

6. Perspectives d'avenir des filtres diélectriques en céramique

Actuellement, Huawei et Ericsson, les quatre plus grands fabricants mondiaux d'équipements pour stations de base de communication mobile, privilégient les filtres diélectriques en céramique. ZTE et Nokia se concentrent pour l'instant sur les filtres à cavité métallique miniaturisés. Ils adopteront les filtres diélectriques en céramique à l'avenir, et la part de marché de ces derniers continuera de croître. Selon les prévisions des instituts de recherche, on comptera près de 8.5 millions de stations de base dans le monde à l'ère de la 5G. En se basant sur une estimation de trois antennes par station de base et de 64 filtres par antenne, la demande en filtres diélectriques s'élève à environ 1.6 milliard d'unités, et le marché mondial des filtres diélectriques en céramique représente environ 56.6 milliards de yuans.

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