Керамические диэлектрические фильтры для 5G постепенно становятся основным элементом в отрасли.

Базовая станция мобильной связи обычно включает в себя три части: блок обработки базовой полосы, блок обработки радиочастот и антенную систему. Это радиоприёмная станция, которая передаёт информацию на терминалы мобильных телефонов через коммутационный центр мобильной связи.

В базовых станциях мобильной связи и антенных системах радиочастотные устройства являются одним из основных компонентов. К радиочастотным устройствам относятся различные типы фильтров, дуплексеры, сумматоры, усилители для башен, фидеры, разветвители мощности, соединители, блоки управления антенной и другие изделия. Фильтр расположен со стороны антенны. В конструкции антенны базовой станции 5G, в новой антенне MassiveMIMO, можно в принципе определить, что каждому каналу антенны соответствует фильтр. Дуплексер расположен со стороны базовой станции и, по сути, состоит из передающего и приемного фильтров.

Фильтры, являясь важной частью радиочастотных устройств, выполняют важную задачу, помогая базовым станциям выбирать частоты. Как правило, разные базовые станции имеют свои собственные свободные рабочие диапазоны частот, поэтому базовая станция должна обладать возможностью выбора различных частотных сигналов для передачи и приема. Основная функция фильтра заключается в фильтрации передаваемых и принимаемых сигналов, что позволяет устранять сигналы в ненужных частотных диапазонах, тем самым обеспечивая точность передаваемых и принимаемых сигналов.

 Применение фильтра базовой станции  

К основным типам фильтров базовых станций относятся металлические коаксиальные резонаторы, керамические диэлектрические резонансные фильтры и керамические диэлектрические фильтры.

Сравнение трех фильтров

С наступлением эры 5G неизбежна новая волна строительства базовых станций, а фильтры также приведут к новой волне пиковых нагрузок. Прежние полостные фильтры постепенно трансформируются в керамические диэлектрические фильтры.

1. Технологический процесс производства керамических диэлектрических фильтров.

Технологический процесс производства керамических диэлектрических фильтров включает в себя, как показано на рисунке, изготовление порошка, прессование, спекание, шлифовку, металлизацию, сборку и отладку и т. д.:

   
 Технологическая схема процесса производства керамических диэлектрических фильтров

2. Характеристики керамических диэлектрических фильтров:

2.1  Диэлектрические фильтры обладают высокой диэлектрической постоянной, низкими потерями, малыми размерами и высокой мощностью, что позволяет интегрировать их в крупномасштабные системы;Небольшой размер и простота установки.

2.2 Покрываемая полоса частот шире и может выдерживать более высокую мощность..

2.3  Хорошая надежностьСвойства керамики не чувствительны к изменениям температуры. Это особенно важно на открытом воздухе. В отличие от полостных фильтров, их характеристики значительно меняются при высоких и низких температурах. В то же время керамика обладает хорошей коррозионной стойкостью.

2.4  Диэлектрические керамические фильтры имеют низкую стоимость..

2.5  Характеристики диэлектрического фильтраЗависит от керамического порошка для микроволновой печиРезонанс электромагнитных волн в керамическом диэлектрическом фильтре 5G происходит внутри керамического диэлектрического материала, а ключевым материалом для производства керамических диэлектрических фильтров является микроволновый диэлектрический керамический порошок. Керамический порошок определяет характеристики диэлектрических фильтров, а разработка и получение этого порошка представляют собой очень сложную задачу.Основные показатели эффективности микроволнового диэлектрического керамического порошкаДолжна быть диэлектрическая постояннаяЧисло (εr), добротность Q и низкие диэлектрические потери, температурный коэффициент резонансной частоты и т. д., конкретно отраженные в:

    2.5.1.номерВысокая диэлектрическая постоянная позволяет создавать фильтры миниатюрных размеров, но чем выше диэлектрическая постоянная, тем лучше. Слишком высокая диэлектрическая постоянная повлияет на размер фильтра.Это влияет на потери при передаче, поэтому при выборе соответствующей диэлектрической постоянной необходимо учитывать требования к конструкции фильтра. Диэлектрическая постоянная микроволновой диэлектрической керамики в основном зависит от кристаллической фазы в структуре материала и процесса его получения.

    2.5.2 品质因Несколько значений добротности Q, низкие диэлектрические потериЧем выше добротность Q, тем уже полоса пропускания, тем лучше избирательность схемы и тем лучше функция фильтрации. Значение Q обратно пропорционально диэлектрическим потерям tanδ. Чем больше значение Q, тем ниже вносимые потери фильтра. Структура материала однородна, высокоплотна, а рост зерен равномерен. Уменьшение количества примесей и дефектов может улучшить значение Q.

    2.5.3 谐振частотный температурный коэффициентТемпературный коэффициент резонансной частоты близок к нулю, что обеспечивает высокую стабильность и надежность фильтра. Частотный температурный коэффициент в основном определяется коэффициентом линейного расширения и диэлектрической постоянной материала.

   Дополнительная информация:В настоящее время для изготовления керамических диэлектрических фильтров в основном используются порошковые материалы, в том числе:Гидроксид магния, титанат магния, карбонат кальция, оксид магния, карбонат бария, оксид самария, оксид цинка, карбонат стронция, оксид алюминия, триоксид лантанаждать.

Керамический порошок для микроволновой печи  

3. Преимущества керамических диэлектрических фильтров

Керамические диэлектрические фильтры изготавливаются методом сухого прессования и спекания порошка, затем с обеих сторон покрываются серебром для металлизации электродов, а затем поляризуются высоким постоянным напряжением для создания пьезоэлектрического эффекта.После деформации с обеих сторон керамического изделия генерируется электрическое поле, обладающее характеристиками последовательного резонанса.Поскольку вышеупомянутый электромагнитный волновой резонанс происходит внутри керамической среды, находящейся под давлением, нет необходимости фиксировать резонатор, поэтому объем диэлектрического фильтра невелик.

С другой стороны, поскольку микроволновый керамический порошок обладает более высоким значением добротности (Q) по сравнению с металлическими резонаторами, он значительно снижает вносимые потери. Он характеризуется высоким подавлением внеполосных помех, хорошими характеристиками температурного дрейфа, широким температурным диапазоном, различными формами корпусирования и формами выходного интерфейса. Он соответствует тенденции развития миниатюризации фильтров базовых станций и становится подходящим решением для увеличения количества фильтров оборудования в связи с расширением частотных диапазонов и повышением требований к значению добротности (Q) и мощности высокочастотных резонаторов в рамках технологии 5G.

4. Недостатки керамических диэлектрических фильтров:

4.1 Проблемы с однородностью состава порошка для микроволновой керамики и подготовкой к массовому производству.В процессе производства диэлектрических фильтров необходимо прилагать усилия для контроля процесса с целью получения керамики с меньшим количеством примесей, меньшим количеством дефектов и равномерно распределенными зернами.4.2 Процесс производства керамических фильтров сложен, а автоматизация металлизации также представляет собой проблему.Данный процесс включает в себя следующее:Производство порошковых материалов, прессование, спекание, шлифовка, металлизация, сборка и отладка и т. д.Ввиду необратимости процесса шлифовки керамики, отладка продукции является ключом к повышению производственной мощности. Кроме того, автоматизация металлизации также представляет собой техническую сложность.

 Фильтрация отладочных инструментов>>>>Сетевой анализатор

5.1 По сравнению с металлическими полостными фильтрами, керамические диэлектрические фильтры обладают преимуществами малых размеров, малого веса, низких потерь и высокого значения добротности (Q), что делает их незаменимыми в применении в области 5G. В то же время, благодаря непрерывным научно-техническим исследованиям и разработкам, проблемы диэлектрических фильтров постепенно решаются, и их практическое применение продолжает расти. С развитием технологии 5G ожидается, что керамические диэлектрические фильтры будут идти в ногу со временем, используя свои преимущества для лучшего удовлетворения потребностей базовых станций в эпоху 5G, и постепенно превзойдут полостные фильтры, став таким образом основным направлением в отрасли.

5.2 С наступлением эры 5G базовые станции 5G развиваются в направлении миниатюризации, снижения веса и повышения степени интеграции. Количество антенн, используемых в технологии MIMO, будет экспоненциально расти, и ожидается, что потребуется 64 или даже 128 антенн. Поскольку каждая антенна должна быть оснащена соответствующим дуплексером, а для выбора и обработки частоты сигнала используется соответствующий фильтр, спрос на фильтры значительно возрастет, что предъявляет более высокие требования к размерам устройства и тепловыделению фильтра. Из-за больших размеров и высокого тепловыделения полостные фильтры трудно широко использовать в антеннах высокой плотности и они сталкиваются с растущим давлением со стороны разработчиков.Таким образом, керамические диэлектрические фильтры для 5G, благодаря своим малым размерам и весу, займут лидирующие позиции на обширном рынке 5G в будущем и будутПостепенно становясь ведущим игроком в индустрии фильтров.потока.

6. Перспективы керамических диэлектрических фильтров.

В настоящее время Huawei и Ericsson, четыре крупнейших в мире производителя оборудования для базовых станций мобильной связи, в основном используют керамические диэлектрические фильтры. ZTE и Nokia пока сосредоточены на миниатюрных металлических полостных фильтрах. В будущем они перейдут на керамические диэлектрические фильтры, и их рыночная доля будет продолжать расти. По прогнозам исследовательских институтов, в эпоху 5G в мире будет около 8.5 миллионов базовых станций. Исходя из оценки в три антенны на базовую станцию ​​и 64 фильтра на антенну, спрос на диэлектрические фильтры составит около 1.6 миллиарда, а глобальный рыночный потенциал керамических диэлектрических фильтров — около 56.6 миллиарда юаней.

Данная статья взята из "Filter". В случае обнаружения каких-либо нарушений или других нарушений, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления статьи.Поддержите защиту прав интеллектуальной собственности, пожалуйста, указывайте первоисточник и автора при перепечатке.