I filtri dielettrici ceramici 5G stanno gradualmente diventando la norma nel settore.

Una stazione base per comunicazioni mobili generalmente comprende tre parti: un'unità di elaborazione in banda base, un'unità di elaborazione a radiofrequenza e un sistema di antenne. Si tratta di una stazione ricetrasmittente che trasmette informazioni ai terminali di telefonia mobile attraverso un centro di commutazione per comunicazioni mobili.

Nelle stazioni base e nei sistemi di antenne per le comunicazioni mobili, i dispositivi a radiofrequenza (RF) rappresentano uno dei componenti principali. I dispositivi RF includono principalmente vari tipi di filtri, duplexer, combinatori, amplificatori di torre, unità di alimentazione, divisori di potenza, accoppiatori, unità di controllo dell'antenna e altri prodotti. Il filtro è posizionato sul lato dell'antenna. Per la configurazione dell'antenna di una stazione base 5G, nella nuova antenna MassiveMIMO, si può sostanzialmente stabilire che a ciascun canale dell'antenna corrisponderà un filtro. Il duplexer è posizionato sul lato della stazione base ed è essenzialmente costituito da un filtro di trasmissione e un filtro di ricezione.

Come componente fondamentale dei dispositivi a radiofrequenza, i filtri svolgono l'importante compito di aiutare le stazioni base a selezionare le frequenze. In generale, le diverse stazioni base hanno le proprie bande di frequenza operative ben definite, quindi la stazione base deve essere in grado di selezionare vari segnali di frequenza per la trasmissione e la ricezione. La funzione principale del filtro è quella di filtrare i segnali trasmessi e ricevuti, eliminando i segnali nelle bande di frequenza non necessarie e garantendo così la precisione dei segnali trasmessi e ricevuti.

 Applicazione del filtro della stazione base  

I filtri delle stazioni base includono principalmente filtri a cavità coassiale metallica, filtri a risonanza dielettrica ceramica e filtri dielettrici ceramici.

Confronto di tre filtri

Con l'avvento dell'era 5G, una nuova ondata di costruzione di stazioni base sarà inevitabile, e anche i filtri saranno soggetti a nuovi picchi di domanda. I precedenti filtri a cavità si trasformeranno gradualmente in filtri dielettrici ceramici.

1. Flusso del processo di produzione del filtro dielettrico ceramico

Il processo di produzione dei filtri dielettrici ceramici comprende principalmente la produzione di polveri, la pressatura, la sinterizzazione, la molatura, la metallizzazione, l'assemblaggio e il collaudo, ecc., come illustrato nella figura:

   
 Diagramma di flusso del processo di produzione del filtro dielettrico ceramico

2. Caratteristiche dei filtri dielettrici ceramici:

2.1  I filtri dielettrici presentano un'elevata costante dielettrica, basse perdite, dimensioni ridotte e alta potenza, caratteristiche che li rendono adatti all'integrazione su larga scala;Di piccole dimensioni e facile da installare.

2.2 La larghezza di banda della frequenza copribile è maggiore e può sopportare una potenza più elevata.

2.3  Buona affidabilitàLe proprietà della ceramica non sono sensibili alle variazioni di temperatura. Questo è particolarmente importante all'aperto. A differenza dei filtri a cavità, le prestazioni cambiano notevolmente alle alte e basse temperature. Allo stesso tempo, la ceramica presenta una buona resistenza alla corrosione;

2.4  I filtri ceramici dielettrici hanno un basso costo.

2.5  Prestazioni del filtro dielettricoDipende dalla polvere ceramica per microondeLa risonanza delle onde elettromagnetiche nel filtro dielettrico ceramico 5G si verifica all'interno del materiale dielettrico ceramico, e il materiale chiave per la produzione di filtri dielettrici ceramici è la polvere ceramica dielettrica per microonde. La polvere ceramica determina le prestazioni dei filtri dielettrici, e la formula e la preparazione della polvere sono molto complesse.Principali indicatori di prestazione della polvere ceramica dielettrica per microondeDeve avere una costante dielettricanumero (εr), fattore di qualità Q e bassa perdita dielettrica, coefficiente di temperatura della frequenza di risonanza, ecc., specificamente riflessi in:

    2.5.1 Informazioni utilinumeroUn'elevata costante dielettrica consente di realizzare filtri di dimensioni miniaturizzate, ma più alta è la costante dielettrica, meglio è. Una costante dielettrica troppo elevata influirà negativamente sulle dimensioni del filtro.Influisce sulla perdita di trasmissione, quindi è necessario considerare i requisiti di progettazione del filtro per selezionare la costante dielettrica appropriata. La costante dielettrica delle ceramiche dielettriche per microonde dipende principalmente dalla fase cristallina nella struttura del materiale e dal processo di preparazione.

    2.5.2 品质因Diversi Q, bassa perdita dielettricaMaggiore è il fattore di qualità Q, più stretta è la banda passante, migliore è la selettività del circuito e migliore è la funzione di filtraggio che si può ottenere. Il valore di Q è inversamente proporzionale alla perdita dielettrica tanδ. Maggiore è il valore di Q, minore è la perdita di inserzione del filtro. La struttura del materiale è uniforme, altamente densa e la crescita dei grani è uniforme. La riduzione delle impurità e dei difetti può migliorare il valore di Q.

    2.5.3 Avanticoefficiente di temperatura della frequenzaIl coefficiente di temperatura della frequenza di risonanza è prossimo a zero, il che consente di ottenere un'elevata stabilità e affidabilità del filtro. Il coefficiente di temperatura della frequenza è determinato principalmente dal coefficiente di espansione lineare e dalla costante dielettrica del materiale.

   Note aggiuntive:I materiali in polvere attualmente utilizzati per preparare i filtri dielettrici ceramici includono principalmenteIdrossido di magnesio, titanato di magnesio, carbonato di calcio, ossido di magnesio, carbonato di bario, ossido di samario, ossido di zinco, carbonato di stronzio, ossido di alluminio, triossido di lantanioaspettare.

Polvere ceramica per microonde  

3. Vantaggi dei filtri dielettrici ceramici

I filtri dielettrici ceramici vengono realizzati mediante pressatura a secco e sinterizzazione della polvere, quindi ricoperti d'argento su entrambi i lati per la metallizzazione degli elettrodi e infine polarizzati mediante alta tensione continua per produrre un effetto piezoelettrico.In seguito alla deformazione su entrambi i lati del pezzo ceramico, si genera un campo elettrico con caratteristiche di risonanza in serie.Poiché la risonanza dell'onda elettromagnetica di cui sopra si verifica all'interno del mezzo ceramico a pressione, non è necessario fissare il risonatore, quindi il volume del filtro dielettrico è ridotto.

D'altro canto, poiché la polvere ceramica per microonde possiede proprietà del materiale con un valore Q superiore rispetto alle cavità metalliche, riduce notevolmente la perdita di inserzione. Presenta caratteristiche di elevata soppressione fuori banda, buone caratteristiche di deriva termica, un ampio intervallo di temperatura, varie forme di strutture di incapsulamento e forme di interfaccia di uscita. Soddisfa la tendenza allo sviluppo della miniaturizzazione dei filtri delle stazioni base e si adatta all'aumento del numero di filtri delle apparecchiature dovuto all'aumento delle bande di frequenza e ai requisiti più elevati per il valore Q e la capacità di potenza dei risonatori ad alta frequenza nell'ambito della tecnologia 5G.

4. Svantaggi dei filtri dielettrici ceramici:

4.1 Problemi relativi alla consistenza della formula della polvere ceramica per microonde e alla preparazione per la produzione di massa.Durante il processo di produzione dei filtri dielettrici, è necessario adoperarsi per controllare il processo al fine di produrre ceramiche con un minor numero di impurità, un minor numero di difetti e grani distribuiti uniformemente.4.2 Il processo di produzione dei filtri ceramici è complesso e anche l'automazione della metallizzazione è difficile.: Il processo specifico comprendeProduzione di polveri, stampaggio a pressa, sinterizzazione, macinazione, metallizzazione, assemblaggio e collaudo, ecc.A causa dell'irreversibilità della rettifica ceramica, il debug del prodotto è fondamentale per migliorare la capacità produttiva. Inoltre, anche l'automazione della metallizzazione rappresenta una difficoltà tecnica.

 Strumenti di debug del filtro>>>>Analizzatore di rete

5.1 Rispetto ai filtri a cavità metallica, i filtri dielettrici ceramici presentano i vantaggi di dimensioni ridotte, peso contenuto, basse perdite e un elevato fattore di qualità (Q), risultando particolarmente vantaggiosi nelle applicazioni nel campo del 5G. Allo stesso tempo, grazie alla continua ricerca e sviluppo scientifico e tecnologico, i problemi dei filtri dielettrici vengono gradualmente risolti e la loro praticità continua ad aumentare. Con lo sviluppo della tecnologia 5G, si prevede che i filtri dielettrici ceramici si adegueranno alle tendenze del momento, sfruttando i propri vantaggi per soddisfare al meglio le esigenze delle stazioni base nell'era del 5G e superando gradualmente i filtri a cavità, diventando così la soluzione dominante del settore.

5.2 Con l'avvento dell'era 5G, le stazioni base 5G si stanno evolvendo verso la miniaturizzazione, la leggerezza e l'elevata integrazione. Il numero di antenne utilizzate nella tecnologia MIMO aumenterà esponenzialmente e si prevede che saranno necessarie 64 o addirittura 128 antenne. Poiché ogni antenna deve essere dotata di un duplexer corrispondente e di un filtro corrispondente per selezionare ed elaborare la frequenza del segnale, la domanda di filtri aumenterà significativamente, il che impone requisiti più stringenti in termini di dimensioni del dispositivo e prestazioni termiche del filtro. A causa delle loro grandi dimensioni e dell'elevata generazione di calore, i filtri a cavità difficilmente trovano ampia applicazione nelle antenne ad alta densità e sono soggetti a maggiori pressioni di sviluppo.Pertanto, i filtri dielettrici ceramici 5G sfrutteranno le loro piccole dimensioni e il loro peso ridotto per assumere la leadership nel vasto mercato 5G in futuro eDiventando gradualmente l'attore principale nel settore dei filtri.flusso.

6. Prospettive future dei filtri dielettrici ceramici

Attualmente, Huawei ed Ericsson, i quattro maggiori produttori mondiali di apparecchiature per stazioni base di comunicazione mobile, tendono a utilizzare filtri dielettrici ceramici. ZTE e Nokia si concentrano ancora sui filtri miniaturizzati a cavità metallica. In futuro, passeranno ai filtri dielettrici ceramici e la quota di mercato di questi ultimi continuerà ad aumentare. Secondo le previsioni degli istituti di ricerca, nell'era del 5G ci saranno quasi 8.5 milioni di stazioni base nel mondo. Sulla base di una stima di tre antenne per stazione base e 64 filtri per antenna, la domanda di filtri dielettrici si aggira intorno a 1.6 miliardi di unità, mentre il mercato globale dei filtri dielettrici ceramici ha un valore di circa 56.6 miliardi di yuan.

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