5Gセラミック誘電体フィルタは、徐々に業界の主流になりつつある。

移動体通信基地局は、一般的にベースバンド処理装置、無線周波数処理装置、アンテナシステムの3つの部分から構成されます。これは、移動体通信交換センターを介して携帯電話端末と情報を送受信する無線送受信局です。

移動体通信基地局およびアンテナシステムにおいて、無線周波数デバイスはコアコンポーネントの1つです。RFデバイスは主に、各種フィルタ、デュプレクサ、コンバイナ、タワーアンプ、給電ユニット、電力分配器、カプラ、アンテナ制御ユニットなどの製品を含みます。フィルタはアンテナ側に配置されます。5G基地局アンテナの構築配置では、新しいMassiveMIMOアンテナでは、基本的に各アンテナチャネルがフィルタに対応するように決定できます。デュプレクサは基地局側に配置され、基本的に送信フィルタと受信フィルタで構成されます。

無線周波数機器の重要な構成要素であるフィルタは、基地局が周波数を選択するのを支援するという重要な役割を担っています。一般的に、各基地局はそれぞれ明確な動作周波数帯域を持っているため、基地局は送受信する様々な周波数信号を選択できる必要があります。フィルタの主な機能は、送受信信号をフィルタリングし、不要な周波数帯域の信号を除去することで、送受信信号の精度を確保することです。

 基地局フィルタの応用  

基地局用フィルタは主に、金属同軸空洞型フィルタ、セラミック誘電体共振型フィルタ、およびセラミック誘電体フィルタから構成される。

3つのフィルターの比較

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. セラミック誘電体フィルタの製造工程フロー

セラミック誘電体フィルタの製造工程は、図に示すように、主に粉末製造、プレス成形、焼結、研削、金属化、組み立て、調整などから構成されます。

   
 セラミック誘電体フィルターの製造工程フローチャート

2. セラミック誘電体フィルタの特性：

2.1  誘電体フィルタは、高い誘電率、低い損失、小型サイズ、高出力といった特長を持ち、大規模集積化に適しています。小型で設置が簡単。

2.2 Coverable frequency band bandwidth is wider and can withstand higher power。

2.3  信頼性が高いセラミックスの特性は温度変化に敏感ではありません。これは屋外では特に重要です。キャビティフィルターとは異なり、高温と低温で性能が大きく変化します。同時に、セラミックスは耐食性に優れています。

2.4  誘電体セラミックフィルターは低コストです。

2.5  Dielectric filter performance電子レンジ用セラミックパウダーによる5Gセラミック誘電体フィルタにおける電磁波共鳴は、セラミック誘電体材料内部で発生し、セラミック誘電体フィルタ製造の鍵となる材料はマイクロ波誘電体セラミック粉末である。セラミック粉末は誘電体フィルタの性能を決定づけるものであり、その配合と製造は非常に困難である。マイクロ波誘電体セラミック粉末の主な性能指標Must have dielectric constant誘電率（εr）、品質係数Q、低誘電損失、共振周波数温度係数などは、具体的には以下のように表されます。

    2.5.1 割り込み数誘電率が高いほどフィルタの小型化設計が可能になりますが、誘電率が高ければ高いほど良いというわけではありません。誘電率が高すぎるとフィルタのサイズに影響が出ます。誘電率は伝送損失に影響を与えるため、フィルタの設計要件を考慮して適切な誘電率を選択する必要があります。マイクロ波誘電体セラミックスの誘電率は、主に材料構造中の結晶相と製造プロセスに依存します。

    2.5.2 品位の理由いくつかのQ値、低誘電損失Q値が高いほど、通過帯域が狭くなり、回路の選択性が向上し、より優れたフィルタリング機能が得られます。Q値は誘電損失tanδに反比例します。Q値が大きいほど、フィルタ挿入損失は低くなります。材料構造は均一で高密度であり、結晶粒の成長も均一です。不純物や欠陥を減らすことでQ値を向上させることができます。

    2.5.3 振る周波数温度係数共振周波数の温度係数はゼロに近く、フィルタの高い安定性と信頼性を実現できます。周波数温度係数は主に材料の線膨張係数と誘電率によって決まります。

   その他の注意事項：現在セラミック誘電体フィルタの製造に使用されている粉末材料は主に以下の通りである。水酸化マグネシウム、チタン酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸バリウム、酸化サマリウム、酸化亜鉛、炭酸ストロンチウム、酸化アルミニウム、三酸化ランタン待ってください。

電子レンジ用セラミックパウダー  

3. セラミック誘電体フィルタの利点

セラミック誘電体フィルタは、粉末を乾式プレス成形および焼結した後、両面に銀をコーティングして電極を金属化し、直流高電圧を印加して圧電効果を発生させることで作製される。セラミック片の両面が変形すると、電界が発生し、直列共振特性を示す。上記の電磁波共鳴は加圧セラミック媒体内部で発生するため、共振器を固定する必要がなく、誘電体フィルタの体積が小さくなる。

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. セラミック誘電体フィルタの欠点：

4.1 マイクロ波セラミック粉末の配合の一貫性の問題と量産準備誘電体フィルターの製造工程においては、不純物や欠陥が少なく、粒子が均一に分布したセラミックスを製造するために、工程管理に努める必要がある。4.2 セラミックフィルターの製造工程は複雑であり、金属化の自動化も困難である。: The specific process includes粉末製造、プレス成形、焼結、研削、金属化、組立、デバッグなど。セラミック研削は不可逆的なプロセスであるため、製品のデバッグが生産能力向上の鍵となる。さらに、金属化の自動化も技術的な難題である。

 フィルタデバッグ機器>>>>ネットワークアナライザ

5.1 金属キャビティフィルタと比較して、セラミック誘電体フィルタは、小型軽量、低損失、高Q値といった利点を持ち、5G分野での応用において絶対的な優位性を有しています。同時に、科学技術の継続的な研究開発により、誘電体フィルタの問題点は徐々に解決されつつあり、その実用性はますます高まっています。5G技術の発展に伴い、セラミック誘電体フィルタは時代の潮流に追随し、その利点を活かして5G時代の基地局のニーズをより良く満たし、徐々にキャビティフィルタを凌駕し、業界の主流となることが期待されます。

5.2 5G時代の到来に伴い、5G基地局は小型化、軽量化、高集積化へと進化している。MIMO技術で使用されるアンテナ数は指数関数的に増加し、64本、あるいは128本ものアンテナが必要になると予想されている。各アンテナには対応するデュプレクサが必要であり、信号周波数の選択と処理には対応するフィルタが使用されるため、フィルタの需要は大幅に増加し、フィルタのデバイスサイズと発熱性能に対する要求が高まる。キャビティフィルタはサイズが大きく発熱量も多いため、高密度アンテナで広く使用することは難しく、開発圧力が高まっている。したがって、5Gセラミック誘電体フィルタは、その小型軽量性を活かして、将来的に広大な5G市場をリードし、徐々にフィルター業界の主要プレーヤーになりつつあるフロー。

6. セラミック誘電体フィルタの将来展望

現在、世界4大移動体通信基地局機器メーカーであるファーウェイとエリクソンは、セラミック誘電体フィルタを採用する傾向にある。ZTEとノキアは現在も小型金属空洞フィルタに注力しているが、将来的にはセラミック誘電体フィルタに移行する見込みであり、セラミックフィルタの市場シェアは今後も拡大していくと予想される。調査機関の予測によると、5G時代には世界に約850万の基地局が存在する。基地局1基あたりアンテナ3基、アンテナ1基あたりフィルタ64個と仮定すると、誘電体フィルタの需要は約1.6億個となり、セラミック誘電体フィルタの世界市場規模は約56.6億元となる。

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