ตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก 5G ค่อยๆ กลายเป็นมาตรฐานหลักของอุตสาหกรรม

สถานีฐานการสื่อสารเคลื่อนที่โดยทั่วไปประกอบด้วยสามส่วน ได้แก่ หน่วยประมวลผลเบสแบนด์ หน่วยประมวลผลความถี่วิทยุ และระบบเสาอากาศ เป็นสถานีรับส่งสัญญาณวิทยุที่ส่งข้อมูลกับอุปกรณ์โทรศัพท์มือถือผ่านศูนย์สลับสัญญาณการสื่อสารเคลื่อนที่

ในสถานีฐานและระบบเสาอากาศสื่อสารเคลื่อนที่ อุปกรณ์คลื่นความถี่วิทยุ (RF) เป็นหนึ่งในส่วนประกอบหลัก อุปกรณ์ RF ส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวกรองชนิดต่างๆ ตัวแยกสัญญาณสองตัว (duplexer) ตัวรวมสัญญาณ (combiner) เครื่องขยายสัญญาณสำหรับเสาอากาศ (tower amplifier) ​​หน่วยป้อนสัญญาณ (feed unit) ตัวแยกกำลัง (power splitter) ตัวเชื่อมต่อ (coupler) หน่วยควบคุมเสาอากาศ (antenna control unit) และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ตัวกรองจะอยู่ทางด้านเสาอากาศ สำหรับการจัดวางโครงสร้างเสาอากาศสถานีฐาน 5G ในเสาอากาศ MassiveMIMO รุ่นใหม่ สามารถกำหนดได้โดยพื้นฐานว่าแต่ละช่องสัญญาณของเสาอากาศจะสอดคล้องกับตัวกรองหนึ่งตัว ตัวแยกสัญญาณสองตัวจะอยู่ทางด้านสถานีฐานและโดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยตัวกรองส่งและตัวกรองรับ

ตัวกรองเป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์คลื่นความถี่วิทยุ มีหน้าที่สำคัญในการช่วยสถานีฐานเลือกความถี่ โดยทั่วไปแล้ว สถานีฐานแต่ละแห่งจะมีแถบความถี่ในการทำงานที่ชัดเจนของตนเอง ดังนั้นสถานีฐานจึงต้องมีความสามารถในการเลือกสัญญาณความถี่ต่างๆ สำหรับการส่งและรับ หน้าที่หลักของตัวกรองคือการกรองสัญญาณที่ส่งและรับ ซึ่งสามารถกำจัดสัญญาณในแถบความถี่ที่ไม่จำเป็นออกไปได้ จึงมั่นใจได้ถึงความถูกต้องแม่นยำของสัญญาณที่ส่งและรับ

 การใช้ตัวกรองสถานีฐาน  

ตัวกรองสถานีฐานส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวกรองแบบโพรงโคแอกเซียลโลหะ ตัวกรองแบบเรโซแนนซ์ไดอิเล็กทริกเซรามิก และตัวกรองแบบไดอิเล็กทริกเซรามิก

เปรียบเทียบสามตัวกรอง

เมื่อยุค 5G มาถึง การก่อสร้างสถานีฐานระลอกใหม่จะเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และตัวกรองก็จะมีความต้องการเพิ่มสูงขึ้นเช่นกัน ตัวกรองแบบโพรงเดิมจะค่อยๆ เปลี่ยนไปเป็นตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก

1. แผนผังกระบวนการผลิตตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก

กระบวนการผลิตตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิกส่วนใหญ่ประกอบด้วย การผลิตผง การอัด การเผาผนึก การเจียร การเคลือบโลหะ การประกอบ และการทดสอบระบบ เป็นต้น ดังแสดงในรูป:

   
 แผนผังกระบวนการผลิตตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก

2. คุณลักษณะของตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก:

2.1  ตัวกรองไดอิเล็กทริกมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง การสูญเสียต่ำ ขนาดเล็ก และกำลังสูง เหมาะสำหรับการรวมวงจรขนาดใหญ่ขนาดเล็กและติดตั้งง่าย.

2.2 แถบความถี่ที่ครอบคลุมมีความกว้างกว่าและสามารถรองรับกำลังไฟฟ้าที่สูงกว่าได้.

2.3  ความน่าเชื่อถือที่ดีคุณสมบัติของเซรามิกไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อใช้งานกลางแจ้ง ต่างจากตัวกรองแบบโพรงที่ประสิทธิภาพเปลี่ยนแปลงอย่างมากในอุณหภูมิสูงและต่ำ ในขณะเดียวกัน เซรามิกก็ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี

2.4  ตัวกรองเซรามิกไดอิเล็กทริกมีราคาถูก.

2.5  ประสิทธิภาพของตัวกรองไดอิเล็กทริกขึ้นอยู่กับผงเซรามิกไมโครเวฟการสั่นพ้องของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก 5G เกิดขึ้นภายในวัสดุไดอิเล็กทริกเซรามิก และวัสดุสำคัญในการผลิตตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิกคือผงเซรามิกไดอิเล็กทริกไมโครเวฟ ผงเซรามิกเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของตัวกรองไดอิเล็กทริก และสูตรและการเตรียมผงนั้นมีความซับซ้อนมากตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักของผงเซรามิกไดอิเล็กทริกไมโครเวฟต้องมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกค่าเลข (εr), ค่าคุณภาพ Q และการสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำ, สัมประสิทธิ์อุณหภูมิความถี่เรโซแนนซ์ ฯลฯ ซึ่งสะท้อนให้เห็นโดยเฉพาะใน:

    2.5.1 介电常จำนวนค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงช่วยให้สามารถออกแบบตัวกรองขนาดเล็กได้ แต่ยิ่งค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่สูงเกินไปจะส่งผลต่อขนาดของตัวกรองค่าคงที่ไดอิเล็กตริกส่งผลต่อการสูญเสียการส่งผ่าน ดังนั้นจึงต้องพิจารณาข้อกำหนดการออกแบบของตัวกรองเพื่อเลือกค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่เหมาะสม ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของเซรามิกไดอิเล็กตริกไมโครเวฟส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับเฟสผลึกในโครงสร้างวัสดุและกระบวนการเตรียม

    2.5.2 品质因ค่า Q หลายค่า การสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำยิ่งค่าคุณภาพ Q สูงเท่าไร แถบความถี่ผ่านก็จะยิ่งแคบลง ความสามารถในการเลือกความถี่ของวงจรก็จะยิ่งดีขึ้น และฟังก์ชันการกรองก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้น ค่า Q แปรผกผันกับค่าการสูญเสียไดอิเล็กตริก tanδ ยิ่งค่า Q มากเท่าไร การสูญเสียการแทรกของตัวกรองก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น โครงสร้างของวัสดุมีความสม่ำเสมอ มีความหนาแน่นสูง และการเจริญเติบโตของเกรนเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ การลดสิ่งเจือปนและข้อบกพร่องสามารถปรับปรุงค่า Q ได้

    2.5.3 ภาษาอังกฤษสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความถี่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความถี่เรโซแนนซ์มีค่าใกล้เคียงศูนย์ ซึ่งช่วยให้ตัวกรองมีความเสถียรและน่าเชื่อถือสูง ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความถี่ส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นและค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุ

   หมายเหตุเพิ่มเติม:วัสดุผงที่ใช้ในปัจจุบันในการผลิตตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิกส่วนใหญ่ได้แก่แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์, แมกนีเซียมไททาเนต, แคลเซียมคาร์บอเนต, แมกนีเซียมออกไซด์, แบเรียมคาร์บอเนต, ซาแมเรียมออกไซด์, ซิงค์ออกไซด์, สตรอนเทียมคาร์บอเนต, อะลูมิเนียมออกไซด์, แลนทานัมไตรออกไซด์รอ.

ผงเซรามิกไมโครเวฟ  

3. ข้อดีของตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก

ตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิกทำขึ้นโดยการอัดแห้งและการเผาผนึกผง จากนั้นเคลือบด้วยเงินทั้งสองด้านเพื่อสร้างขั้วโลหะ และจากนั้นจึงให้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูงเพื่อสร้างปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกหลังจากเกิดการเสียรูปบนทั้งสองด้านของชิ้นส่วนเซรามิก จะเกิดสนามไฟฟ้าขึ้นและมีลักษณะการสั่นพ้องแบบอนุกรมเนื่องจากปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวเกิดขึ้นภายในตัวกลางเซรามิกที่มีแรงดัน จึงไม่จำเป็นต้องยึดตัวเรโซเนเตอร์ ทำให้ปริมาตรของตัวกรองไดอิเล็กทริกมีขนาดเล็ก

ในทางกลับกัน เนื่องจากผงเซรามิกไมโครเวฟมีคุณสมบัติทางวัสดุที่มีค่า Q สูงกว่าโพรงโลหะ จึงช่วยลดการสูญเสียการแทรกได้อย่างมาก มีลักษณะเด่นคือการลดสัญญาณรบกวนนอกย่านความถี่สูง คุณสมบัติการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ดี ช่วงอุณหภูมิกว้าง โครงสร้างบรรจุภัณฑ์และรูปแบบอินเทอร์เฟซเอาต์พุตที่หลากหลาย จึงสอดคล้องกับแนวโน้มการพัฒนาการลดขนาดของตัวกรองสถานีฐาน และเหมาะสมกับการเพิ่มจำนวนตัวกรองอุปกรณ์เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของย่านความถี่และความต้องการค่า Q และกำลังไฟฟ้าที่สูงขึ้นของตัวเรโซเนเตอร์ความถี่สูงภายใต้กรอบเทคโนโลยี 5G

4. ข้อเสียของตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก:

4.1 ปัญหาเกี่ยวกับความสม่ำเสมอของสูตรผงเซรามิกสำหรับไมโครเวฟและการเตรียมการสำหรับการผลิตจำนวนมากในกระบวนการผลิตตัวกรองไดอิเล็กทริก ต้องพยายามควบคุมกระบวนการเพื่อให้ได้เซรามิกที่มีสิ่งเจือปนน้อยลง มีข้อบกพร่องน้อยลง และมีการกระจายตัวของเม็ดเกรนอย่างสม่ำเสมอ4.2 กระบวนการผลิตตัวกรองเซรามิกมีความซับซ้อน และการทำให้กระบวนการเคลือบโลหะเป็นไปโดยอัตโนมัติก็ทำได้ยากเช่นกันกระบวนการเฉพาะนี้ประกอบด้วย :การผลิตผงโลหะ การขึ้นรูปด้วยแรงกด การเผาผนึก การเจียร การเคลือบโลหะ การประกอบ และการแก้ไขข้อผิดพลาด เป็นต้นเนื่องจากกระบวนการเจียรเซรามิกไม่สามารถย้อนกลับได้ การแก้ไขปัญหาผลิตภัณฑ์จึงเป็นกุญแจสำคัญในการเพิ่มกำลังการผลิต นอกจากนี้ การทำให้กระบวนการเคลือบโลหะเป็นไปโดยอัตโนมัติก็เป็นปัญหาทางเทคนิคเช่นกัน

 เครื่องมือแก้ไขข้อบกพร่องแบบกรอง>>>>เครื่องวิเคราะห์เครือข่าย

5.1 เมื่อเปรียบเทียบกับตัวกรองแบบโพรงโลหะ ตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิกมีข้อดีคือ ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา การสูญเสียต่ำ และค่า Q สูง และมีข้อได้เปรียบอย่างมากในการใช้งานในด้าน 5G ในขณะเดียวกัน ด้วยการวิจัยและพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง ปัญหาของตัวกรองไดอิเล็กทริกก็ได้รับการแก้ไขไปเรื่อยๆ และความสามารถในการใช้งานก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยี 5G คาดว่าตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิกจะก้าวทันกระแสของยุคสมัย ใช้ข้อดีของตนเองเพื่อตอบสนองความต้องการของสถานีฐานในยุค 5G ได้ดียิ่งขึ้น และค่อยๆ แซงหน้าตัวกรองแบบโพรง กลายเป็นกระแสหลักของอุตสาหกรรมในที่สุด

5.2 ด้วยการมาถึงของยุค 5G สถานีฐาน 5G กำลังพัฒนาไปสู่การย่อขนาด น้ำหนักเบา และการรวมวงจรในระดับสูง จำนวนเสาอากาศที่ใช้ในเทคโนโลยี MIMO จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และคาดว่าจะต้องใช้เสาอากาศถึง 64 หรือ 128 ต้น เนื่องจากเสาอากาศแต่ละต้นจำเป็นต้องติดตั้งตัวแยกสัญญาณแบบดูเพล็กซ์ และใช้ตัวกรองที่เหมาะสมในการเลือกและประมวลผลความถี่สัญญาณ ความต้องการตัวกรองจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งทำให้ต้องมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นเกี่ยวกับขนาดของอุปกรณ์และประสิทธิภาพการระบายความร้อนของตัวกรอง เนื่องจากขนาดที่ใหญ่และการสร้างความร้อนสูง ตัวกรองแบบโพรงจึงยากที่จะนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเสาอากาศที่มีความหนาแน่นสูง และเผชิญกับแรงกดดันในการพัฒนาที่มากขึ้นดังนั้น ตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก 5G จะใช้ประโยชน์จากขนาดที่เล็กและน้ำหนักเบาเพื่อก้าวขึ้นเป็นผู้นำในตลาด 5G ที่กว้างใหญ่ในอนาคต และจะค่อยๆ กลายเป็นผู้เล่นหลักในอุตสาหกรรมตัวกรองไหล.

6. แนวโน้มในอนาคตของตัวกรองอิเล็กทริกเซรามิก

ในปัจจุบัน Huawei และ Ericsson ซึ่งเป็นผู้ผลิตอุปกรณ์สถานีฐานการสื่อสารเคลื่อนที่รายใหญ่ที่สุด 4 อันดับแรกของโลก นิยมใช้ตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก ในขณะที่ ZTE และ Nokia ยังคงเน้นใช้ตัวกรองโพรงโลหะขนาดเล็กอยู่ แต่ในอนาคตจะเปลี่ยนไปใช้ตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิก และส่วนแบ่งการตลาดของตัวกรองเซรามิกจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จากการคาดการณ์ของสถาบันวิจัยต่างๆ ในยุค 5G จะมีสถานีฐานเกือบ 8.5 ล้านแห่งทั่วโลก โดยประมาณว่าสถานีฐานแต่ละแห่งมีเสาอากาศ 3 ต้น และตัวกรอง 64 ตัวต่อเสาอากาศ ความต้องการตัวกรองไดอิเล็กทริกจึงอยู่ที่ประมาณ 1.6 พันล้านชิ้น และกำลังการผลิตในตลาดโลกของตัวกรองไดอิเล็กทริกเซรามิกอยู่ที่ประมาณ 56.6 พันล้านหยวน

บทความนี้มาจาก "Filter" หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์หรือปัญหาอื่นใด โปรดติดต่อเราเพื่อลบออกเพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและชื่อผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปพิมพ์ซ้ำ