Os filtros dielétricos cerâmicos 5G estão gradualmente se tornando a principal opção do setor.

Uma estação base de comunicação móvel geralmente inclui três partes: uma unidade de processamento de banda base, uma unidade de processamento de radiofrequência e um sistema de antenas. É uma estação transceptora de rádio que transmite informações para terminais de telefonia móvel através de uma central de comutação de comunicação móvel.

Em estações base e sistemas de antenas para comunicação móvel, os dispositivos de radiofrequência (RF) são componentes essenciais. Esses dispositivos incluem principalmente diversos tipos de filtros, duplexadores, combinadores, amplificadores de torre, unidades de alimentação, divisores de potência, acopladores, unidades de controle de antena e outros produtos. O filtro está localizado no lado da antena. Para o arranjo de construção de antenas de estações base 5G, na nova antena MassiveMIMO, pode-se basicamente determinar que cada canal de antena corresponderá a um filtro. O duplexador está localizado no lado da estação base e consiste essencialmente em um filtro de transmissão e um filtro de recepção.

Como parte importante dos dispositivos de radiofrequência, os filtros desempenham a função crucial de auxiliar as estações base na seleção de frequências. De modo geral, cada estação base possui sua própria faixa de frequência operacional, sendo essencial que ela seja capaz de selecionar os sinais de diferentes frequências para transmissão e recepção. A principal função do filtro é filtrar os sinais transmitidos e recebidos, eliminando sinais em faixas de frequência desnecessárias e, assim, garantindo a precisão dos sinais transmitidos e recebidos.

 Aplicação de filtro de estação base  

Os filtros de estação base incluem principalmente cavidade coaxial metálica, ressonância dielétrica cerâmica e filtros dielétricos cerâmicos.

Comparação de três filtros

Com o advento da era 5G, uma nova onda de construção de estações base será inevitável, e os filtros também trarão consigo uma nova onda de picos de demanda. Os filtros de cavidade anteriores se transformarão gradualmente em filtros dielétricos cerâmicos.

1. Fluxograma do processo de produção de filtros dielétricos cerâmicos

O processo de produção de filtros dielétricos cerâmicos inclui principalmente a fabricação do pó, prensagem, sinterização, moagem, metalização, montagem e depuração, etc., conforme mostrado na figura:

   
 Fluxograma do processo de produção de filtros dielétricos cerâmicos

2. Características dos filtros dielétricos cerâmicos:

2.1  Os filtros dielétricos possuem alta constante dielétrica, baixa perda, tamanho reduzido e alta potência para integração em larga escala;Tamanho pequeno e fácil de instalar.

2.2 A largura de banda da faixa de frequência abrangida é maior e pode suportar potência mais alta..

2.3  Boa confiabilidadeAs propriedades da cerâmica não são sensíveis a mudanças de temperatura. Isso é ainda mais importante em ambientes externos. Ao contrário dos filtros de cavidade, cujo desempenho varia bastante em altas e baixas temperaturas, a cerâmica apresenta boa resistência à corrosão.

2.4  Os filtros cerâmicos dielétricos são de baixo custo..

2.5  Desempenho do filtro dielétricoDepende do pó cerâmico para micro-ondas.A ressonância da onda eletromagnética no filtro dielétrico cerâmico 5G ocorre dentro do material dielétrico cerâmico, e o material chave para a produção desses filtros é o pó cerâmico dielétrico para micro-ondas. O desempenho dos filtros dielétricos é determinado pelo pó cerâmico, cuja fórmula e preparação são bastante complexas.Principais indicadores de desempenho do pó cerâmico dielétrico para micro-ondasDeve possuir constante dielétricanúmero (εr), fator de qualidade Q e baixa perda dielétrica, coeficiente de temperatura da frequência de ressonância, etc., especificamente refletidos em:

    2.5.1 Passo a passonúmeroUma constante dielétrica alta permite a miniaturização dos filtros, mas quanto menor a constante dielétrica, melhor. Uma constante dielétrica muito alta pode afetar o tamanho do filtro.A constante dielétrica afeta a perda de transmissão, portanto, os requisitos de projeto do filtro precisam ser considerados para selecionar a constante dielétrica apropriada. A constante dielétrica das cerâmicas dielétricas para micro-ondas depende principalmente da fase cristalina na estrutura do material e do processo de preparação.

    2.5.2 ConfiguraçõesVários Q, baixa perda dielétricaQuanto maior o fator de qualidade Q, mais estreita a banda de passagem, melhor a seletividade do circuito e melhor a função de filtragem que pode ser alcançada. O valor de Q é inversamente proporcional à perda dielétrica tanδ. Quanto maior o valor de Q, menor a perda de inserção do filtro. A estrutura do material é uniforme, altamente densa e o crescimento dos grãos é uniforme. A redução de impurezas e defeitos pode melhorar o valor de Q.

    2.5.3 Versãocoeficiente de temperatura de frequênciaO coeficiente de temperatura da frequência de ressonância é próximo de zero, o que permite alcançar alta estabilidade e confiabilidade do filtro. O coeficiente de temperatura da frequência é determinado principalmente pelo coeficiente de expansão linear e pela constante dielétrica do material.

   Notas Adicionais:Os materiais em pó atualmente utilizados para preparar filtros dielétricos cerâmicos incluem principalmente:Hidróxido de magnésio, titanato de magnésio, carbonato de cálcio, óxido de magnésio, carbonato de bário, óxido de samário, óxido de zinco, carbonato de estrôncio, óxido de alumínio, trióxido de lantânioesperar.

pó cerâmico para micro-ondas  

3. Vantagens dos filtros dielétricos cerâmicos

Os filtros dielétricos de cerâmica são fabricados por prensagem a seco e sinterização de pó, sendo posteriormente revestidos com prata em ambos os lados para metalização dos eletrodos e, em seguida, polarizados por alta tensão CC para produzir um efeito piezoelétrico.Após a deformação em ambos os lados da peça cerâmica, um campo elétrico é gerado e apresenta características de ressonância em série.Como a ressonância da onda eletromagnética acima ocorre dentro do meio cerâmico pressurizado, não há necessidade de fixar o ressonador, portanto o volume do filtro dielétrico é pequeno.

Por outro lado, como o pó cerâmico para micro-ondas possui propriedades de fator Q superiores às das cavidades metálicas, ele reduz significativamente a perda de inserção. Apresenta características como alta supressão fora da banda, boa resistência à deriva térmica, ampla faixa de temperatura, diversas formas de encapsulamento e interfaces de saída. Atende à tendência de miniaturização de filtros para estações base e torna-se adequado para o aumento do número de filtros em equipamentos, devido ao aumento das faixas de frequência e às maiores exigências em relação ao fator Q e à capacidade de potência dos ressonadores de alta frequência no contexto da tecnologia 5G.

4. Desvantagens dos filtros dielétricos cerâmicos:

4.1 Problemas com a consistência da fórmula do pó cerâmico para micro-ondas e preparação para produção em massa.Durante o processo de produção de filtros dielétricos, devem ser feitos esforços para controlar o processo a fim de produzir cerâmicas com menos impurezas, menos defeitos e grãos distribuídos uniformemente.4.2 O processo de produção de filtros cerâmicos é complexo e a automação da metalização também é difícil.O processo específico inclui:Fabricação de pó, moldagem por prensa, sinterização, moagem, metalização, montagem e depuração, etc.Devido à irreversibilidade da moagem cerâmica, a depuração do produto é fundamental para melhorar a capacidade de produção. Além disso, a automação da metalização também representa uma dificuldade técnica.

 Instrumentos de depuração de filtros>>>>Analisador de rede

5.1 Comparados aos filtros de cavidade metálica, os filtros dielétricos cerâmicos apresentam vantagens como tamanho reduzido, peso leve, baixa perda e alto fator Q, sendo absolutamente vantajosos em aplicações na área de 5G. Ao mesmo tempo, com o contínuo avanço da pesquisa científica e tecnológica, os problemas dos filtros dielétricos estão sendo gradualmente solucionados, e sua aplicabilidade continua a crescer. Com o desenvolvimento da tecnologia 5G, espera-se que os filtros dielétricos cerâmicos acompanhem a tendência, utilizando suas vantagens para melhor atender às necessidades das estações base na era 5G e, gradualmente, superem os filtros de cavidade, tornando-se assim a principal tecnologia do setor.

5.2 Com o advento da era 5G, as estações base 5G estão evoluindo em direção à miniaturização, leveza e alta integração. O número de antenas utilizadas na tecnologia MIMO aumentará exponencialmente, e espera-se que sejam necessárias 64 ou até mesmo 128 antenas. Como cada antena precisa ser equipada com um duplexador correspondente e um filtro correspondente é usado para selecionar e processar a frequência do sinal, a demanda por filtros aumentará significativamente, o que impõe maiores exigências quanto ao tamanho do dispositivo e ao desempenho térmico do filtro. Devido ao seu grande tamanho e alta geração de calor, os filtros de cavidade têm dificuldade em ser amplamente utilizados em antenas de alta densidade e enfrentam maior pressão de desenvolvimento.Portanto, os filtros dielétricos cerâmicos 5G aproveitarão seu tamanho reduzido e leveza para assumir a liderança no vasto mercado 5G no futuro.Tornando-se gradualmente o principal ator na indústria de filtros.fluxo.

6. Perspectivas futuras dos filtros dielétricos cerâmicos

Atualmente, a Huawei e a Ericsson, as quatro maiores fabricantes mundiais de equipamentos para estações base de comunicação móvel, tendem a utilizar filtros dielétricos de cerâmica. A ZTE e a Nokia ainda se concentram em filtros miniaturizados de cavidade metálica. Elas migrarão para filtros dielétricos de cerâmica no futuro, e a participação de mercado desses filtros continuará a crescer. De acordo com previsões de instituições de pesquisa, haverá cerca de 8.5 milhões de estações base no mundo na era do 5G. Com base em uma estimativa de três antenas por estação base e 64 filtros por antena, a demanda por filtros dielétricos é de cerca de 1.6 bilhão de unidades, e o mercado global de filtros dielétricos de cerâmica movimenta cerca de 56.6 bilhões de yuans.

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