Ceramiczne filtry dielektryczne 5G stopniowo stają się głównym nurtem branży

Stacja bazowa komunikacji mobilnej zazwyczaj składa się z trzech części: jednostki przetwarzania pasma podstawowego, jednostki przetwarzania częstotliwości radiowych oraz systemu antenowego. Jest to radiowa stacja nadawczo-odbiorcza, która przesyła informacje do terminali telefonii komórkowej za pośrednictwem centrali komutacyjnej komunikacji mobilnej.

W stacjach bazowych i systemach antenowych komunikacji mobilnej urządzenia częstotliwości radiowej stanowią jeden z podstawowych komponentów. Urządzenia RF obejmują głównie różnego rodzaju filtry, dupleksery, sumatory, wzmacniacze wieżowe, jednostki zasilające, rozdzielacze mocy, sprzęgacze, jednostki sterujące anteną i inne produkty. Filtr znajduje się po stronie anteny. W przypadku konstrukcji anteny stacji bazowej 5G, w nowej antenie MassiveMIMO, można zasadniczo określić, że każdy kanał anteny będzie odpowiadał filtrowi. Duplekser znajduje się po stronie stacji bazowej i zasadniczo składa się z filtra nadawczego i filtru odbiorczego.

Jako ważny element urządzeń radiowych, filtry pełnią istotną funkcję wspomagania stacji bazowych w wyborze częstotliwości. Ogólnie rzecz biorąc, różne stacje bazowe mają własne, jasno określone pasma częstotliwości, dlatego stacja bazowa musi mieć możliwość wyboru różnych częstotliwości sygnałów do wysyłania i odbierania. Główną funkcją filtra jest filtrowanie sygnałów nadawanych i odbieranych, co pozwala wyeliminować sygnały w zbędnych pasmach częstotliwości, zapewniając w ten sposób dokładność sygnałów nadawanych i odbieranych.

 Zastosowanie filtra stacji bazowej  

Filtry stacji bazowych obejmują głównie filtry z metalową wnęką współosiową, filtry rezonansowe z dielektrykiem ceramicznym i filtry z dielektrykiem ceramicznym.

Porównanie trzech filtrów

Wraz z nadejściem ery 5G, nowa fala budowy stacji bazowych będzie nieunikniona, a filtry również zapoczątkują nową falę szczytów zapotrzebowania. Dotychczasowe filtry wnękowe będą stopniowo przekształcać się w ceramiczne filtry dielektryczne.

1. Przebieg procesu produkcji filtra dielektrycznego ceramicznego

Proces produkcji ceramicznych filtrów dielektrycznych obejmuje głównie wytwarzanie proszku, prasowanie, spiekanie, szlifowanie, metalizację, montaż i debugowanie itp., jak pokazano na rysunku:

   
 Schemat blokowy procesu produkcji filtra dielektrycznego ceramicznego

2. Charakterystyka filtrów dielektrycznych ceramicznych:

2.1  Filtry dielektryczne charakteryzują się wysoką stałą dielektryczną, niskimi stratami, niewielkimi rozmiarami i dużą mocą, co umożliwia integrację na dużą skalę;Mały rozmiar i łatwa instalacja.

2.2 Zakres częstotliwości, który można pokryć, jest szerszy i może wytrzymać większą moc.

2.3  Dobra niezawodnośćWłaściwości ceramiki nie są wrażliwe na zmiany temperatury. Jest to szczególnie istotne na zewnątrz. W przeciwieństwie do filtrów wnękowych, ich wydajność znacznie zmienia się w wysokich i niskich temperaturach. Jednocześnie ceramika charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję;

2.4  Filtry ceramiczne dielektryczne są tanie.

2.5  Wydajność filtra dielektrycznegoZależy od proszku ceramicznego stosowanego w kuchence mikrofalowejRezonans fali elektromagnetycznej w ceramicznym filtrze dielektrycznym 5G zachodzi wewnątrz ceramicznego materiału dielektrycznego, a kluczowym materiałem do produkcji ceramicznych filtrów dielektrycznych jest ceramiczny proszek dielektryczny do mikrofal. Proszek ceramiczny decyduje o wydajności filtrów dielektrycznych, a jego formuła i przygotowanie są bardzo trudne.Główne wskaźniki wydajności ceramicznego proszku dielektrycznego mikrofalowegoMusi mieć stałą dielektrycznąliczba (εr), współczynnik jakości Q i niskie straty dielektryczne, współczynnik temperaturowy częstotliwości rezonansowej itp., co znajduje odzwierciedlenie w:

    2.5.1 OdmłodzenienumerWysoka stała dielektryczna pozwala na projektowanie filtrów o zminiaturyzowanych rozmiarach, ale im wyższa stała dielektryczna, tym lepiej. Zbyt wysoka stała dielektryczna wpłynie na rozmiar filtra.Wpływa na straty transmisji, dlatego należy uwzględnić wymagania projektowe filtra, aby dobrać odpowiednią stałą dielektryczną. Stała dielektryczna ceramiki dielektrycznej mikrofalowej zależy głównie od fazy krystalicznej w strukturze materiału i procesu jego przygotowania.

    2.5.2 WsteczKilka Q, niskie straty dielektryczne:Im wyższy współczynnik jakości Q, tym węższe pasmo przenoszenia, tym lepsza selektywność obwodu i lepsza funkcja filtrowania. Wartość Q jest odwrotnie proporcjonalna do strat dielektrycznych tanδ. Im wyższa wartość Q, tym niższa strata wtrąceniowa filtru. Struktura materiału jest jednorodna, bardzo gęsta, a rozrost ziarna równomierny. Zmniejszenie zanieczyszczeń i defektów może poprawić wartość Q.

    2.5.3 Wsteczwspółczynnik częstotliwości temperaturowejWspółczynnik temperaturowy częstotliwości rezonansowej jest bliski zeru, co pozwala na osiągnięcie wysokiej stabilności i niezawodności filtra. Współczynnik temperaturowy częstotliwości jest determinowany głównie przez współczynnik rozszerzalności liniowej i stałą dielektryczną materiału.

   Dodatkowe uwagi:Materiały proszkowe obecnie stosowane do przygotowywania ceramicznych filtrów dielektrycznych obejmują głównie:Wodorotlenek magnezu, tytanian magnezu, węglan wapnia, tlenek magnezu, węglan baru, tlenek samaru, tlenek cynku, węglan strontu, tlenek glinu, trójtlenek lantanuczekać.

Proszek ceramiczny do mikrofali  

3. Zalety filtrów dielektrycznych ceramicznych

Ceramiczne filtry dielektryczne powstają w procesie prasowania na sucho i spiekania proszku, a następnie są pokrywane obustronnie warstwą srebra w celu metalizacji elektrody. Później są polaryzowane wysokim napięciem stałym w celu uzyskania efektu piezoelektrycznego.Po odkształceniu obu stron elementu ceramicznego powstaje pole elektryczne, które ma charakterystykę rezonansu szeregowego.Ponieważ powyższy rezonans fali elektromagnetycznej występuje wewnątrz ośrodka ceramicznego pod ciśnieniem, nie ma potrzeby mocowania rezonatora, więc objętość filtru dielektrycznego jest mała.

Z drugiej strony, ponieważ ceramiczny proszek mikrofalowy charakteryzuje się wyższą wartością Q niż wnęki metalowe, znacznie zmniejsza straty wtrąceniowe. Charakteryzuje się wysokim tłumieniem poza pasmem, dobrą charakterystyką dryftu temperaturowego, szerokim zakresem temperatur, różnymi formami struktur obudowy i formami interfejsów wyjściowych. Wpisuje się w trend miniaturyzacji filtrów stacji bazowych i nadaje się do rosnącej liczby filtrów sprzętowych ze względu na rozszerzenie pasm częstotliwości oraz wyższe wymagania dotyczące wartości Q i mocy rezonatorów wysokiej częstotliwości w ramach technologii 5G.

4. Wady filtrów dielektrycznych ceramicznych:

4.1 Problemy z konsystencją formuły proszku ceramicznego do mikrofalówek i przygotowaniem do produkcji masowej:Podczas procesu produkcji filtrów dielektrycznych należy podejmować wysiłki w celu kontrolowania procesu, aby uzyskać ceramikę z mniejszą ilością zanieczyszczeń, mniejszą liczbą defektów i równomiernie rozłożonymi ziarnami.4.2 Proces produkcji filtrów ceramicznych jest skomplikowany, a automatyzacja metalizacji jest trudna.:Konkretny proces obejmujeProdukcja proszków, formowanie wtryskowe, spiekanie, szlifowanie, metalizacja, montaż i debugowanie itp.Ze względu na nieodwracalność procesu mielenia ceramiki, debugowanie produktu jest kluczem do zwiększenia wydajności produkcji. Ponadto automatyzacja metalizacji stanowi również problem techniczny.

 Narzędzia do debugowania filtrów>>>>Analizator sieci

5.1 W porównaniu z filtrami z metalową wnęką filtracyjną, ceramiczne filtry dielektryczne charakteryzują się małymi rozmiarami, niską wagą, niskimi stratami i wysoką wartością Q, co przekłada się na ich absolutną przewagę w zastosowaniach w sieciach 5G. Jednocześnie, dzięki ciągłym badaniom i rozwojowi nauki oraz technologii, problemy związane z filtrami dielektrycznymi są stopniowo rozwiązywane, a ich praktyczność stale rośnie. Wraz z rozwojem technologii 5G, oczekuje się, że ceramiczne filtry dielektryczne będą podążać za trendami, wykorzystywać swoje zalety, aby lepiej sprostać potrzebom stacji bazowych w erze 5G i stopniowo przewyższać filtry wnękowe, stając się tym samym głównym nurtem branży.

5.2 Wraz z nadejściem ery 5G, stacje bazowe 5G ewoluują w kierunku miniaturyzacji, lekkości i wysokiej integracji. Liczba anten stosowanych w technologii MIMO będzie rosła wykładniczo i oczekuje się, że potrzebnych będzie 64, a nawet 128 anten. Ponieważ każda antena musi być wyposażona w odpowiedni duplekser, a odpowiedni filtr służy do wyboru i przetwarzania częstotliwości sygnału, zapotrzebowanie na filtry znacznie wzrośnie, co stawia wyższe wymagania dotyczące rozmiaru urządzenia i wydajności cieplnej filtra. Ze względu na duże rozmiary i wysoką emisję ciepła, filtry wnękowe są trudne do powszechnego zastosowania w antenach o dużej gęstości i napotykają na większą presję rozwojową.Dlatego ceramiczne filtry dielektryczne 5G wykorzystają swoje niewielkie rozmiary i niewielką wagę, aby w przyszłości objąć prowadzenie na ogromnym rynku 5G iStopniowo stając się głównym graczem w branży filtrówprzepływu.

6. Przyszłe perspektywy ceramicznych filtrów dielektrycznych

Obecnie Huawei i Ericsson, czterej najwięksi producenci stacji bazowych telefonii komórkowej na świecie, stosują ceramiczne filtry dielektryczne. ZTE i Nokia nadal koncentrują się na miniaturowych filtrach z metalową wnęką. W przyszłości przejdą na ceramiczne filtry dielektryczne, a udział filtrów ceramicznych w rynku będzie nadal rósł. Według prognoz instytucji badawczych, w erze 5G na świecie będzie prawie 8.5 miliona stacji bazowych. Przy założeniu trzech anten na stację bazową i 64 filtrów na antenę, popyt na filtry dielektryczne wynosi około 1.6 miliarda, a globalna pojemność rynku ceramicznych filtrów dielektrycznych wynosi około 56.6 miliarda juanów.

Ten artykuł pochodzi z serwisu „Filter”. W przypadku naruszenia praw autorskich lub innych problemów prosimy o kontakt w celu jego usunięcia.W celu wsparcia ochrony praw własności intelektualnej prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przy przedruku.