EN
Kapacita je klíčová v nově vznikajících sítích 5G a 6G. U vyšších řádů modulace, masivního MIMO a hustého opakovaného využití frekvencí je nutné zajistit velmi čisté signálové prostředí. Pasivní intermodulace (PIM) je však jedním z nejnebezpečnějších nepřátel kapacity působících v pasivních komponentách. Interference signálů způsobená přítomností více výkonných nosných kmitočtů, které narazí na nelinearity konektorů, kabelů nebo komponent, zvyšuje úroveň šumu a snižuje výkon. Infrastruktura důležitá pro sítě s vysokou kapacitou tvoří komponenty s nízkou hodnotou PIM. Máme více než 20 let RF zkušeností v oblasti inženýrských mikrovlnných pasivních komponent s garantovaným nízkým výskytem PIM. Tato příručka popisuje čtyři kritické aspekty výběru komponent s nízkou hodnotou PIM.
Porozumění PIM a jejímu dopadu na kapacitu sítě
Zde dochází k ukončení nelineárních spojů dvou nebo více výkonových nosných vln a jejich smíšení frekvencí za účelem vytvoření intermodulačních produktů, které mohou padnout do přijímacích pásem. Pokud jsou frekvence navzájem blízko, pozorují se třetího řádu produkty ve stejném pásmu jako přijímaný signál, je-li mezi dvěma spřaženými frekvencemi nelineární spoj. I když je výkon na úrovni -153 dBc pouhých 5×10⁻¹⁶ nosné vlny, přijímané signály jsou velmi slabé, a tato zdánlivě nepatrná úroveň rušení zvyšuje úroveň šumu natolik, že nedovoluje dobrý provozní výkon. Vliv kapacity: porovnání kapacity v mezním a maximálním případě ukazuje zvýšení kapacity až o 30 % pro místa s vysokým provozem v systému 4×4 MIMO za podmínky, že PIM zůstává pod úrovní -160 dBc. Zlepšení PIM o jeden decibel umožňuje zvýšit řád modulace a spektrální účinnost.
Výběr materiálů a povrchových úprav
Výběr materiálu je kritický pro dosažení nízkého výkonu PIM. Feromagnetické materiály – železo, nikl a kobalt – je třeba zcela eliminovat z cesty signálu, neboť jsou hlavními přispěvovateli k vzniku PIM. Základní materiál použitý u krytů s konektory a pouzdry může být vyroben z materiálu s vysokou vodivostí, například mosazi nebo mědi, avšak je také nutné použít systémy povrchové úpravy (nanesení kovové vrstvy). U vysoce kvalitních komponent se používá trojvrstvá povrchová úprava s vodivými a environmentálně ochrannými vlastnostmi (měď, nikl a poté buď stříbro nebo zlato). Vztah mezi kvalitou povrchové úpravy a PIM je extrémně významný: dostatečná vrstva zlata nad niklem spolu se správným řízením utahovacího momentu (torque) snižuje hodnotu PIM o 15 dB ve srovnání s tradičními konstrukcemi. Kvalita povrchu: Problém kvality povrchu je mikroskopického charakteru – tloušťka povrchové vrstvy (skin depth) v pásmu W je menší než 0,2 μm, což znamená, že vlastnosti intermodulace jsou přímo určeny defekty krystalové mřížky. Komponenty pro kosmické aplikace musí být vyrobeny z hliníku čistoty ≥99,9997 % a drsnost povrchu Ra musí být ≤0,8 μm.
Pokročilý návrh konektorů a rozhraní
Rozhraní konektorů jsou nejčastějším zdrojem nelineárních intermodulačních produktů (PIM). Hlavním fyzikálním procesem, který vede k vzniku PIM, je nelinearita kovového kontaktu způsobená neideálním elektrickým kontaktem. Moderní konektory s nízkou úrovní PIM tento problém řeší několika způsoby. Konektory typu 4,3–10 se staly průmyslovým standardem pro makrobuňky a vysokovýkonové distribuované anténní systémy (DAS), přičemž jejich symetrická kontaktní rozhraní zajišťují, že po celém obvodu nedochází k mikrozazřením, která by mohla způsobit vznik PIM. Nejnáročnějšími z těchto řešení jsou bezkontaktní konstrukce s elektromagnetickou pásmovou mezerou (EBG), u nichž je dosaženo nízké úrovně PIM použitím nekontaktních rozhraní, protože nelinearita způsobená kovovým kontaktem je potlačena; průměrné potlačení činí více než 20 dB (ve srovnání se standardními konstrukcemi). Vlnovody vyplněné dielektrikem nemají žádné kontaktní povrchy a musí být zvažovány jako možnost v případech, kdy jsou vyžadovány velmi přísné požadavky na úroveň PIM.
Integrace a testování na úrovni systému
Nízké hodnoty PIM na úrovni komponentu nezaručují výkon systému. Konečná hodnota PIM je ovlivněna interakcí mezi jednotlivými prvky a prostředím. Správný utahovací moment je zásadně důležitý, protože příliš malý moment způsobuje uvolnění kontaktů, zatímco příliš velký moment vede k prasklinám dielektrika a deformaci kontaktů. U běžných konektorů SMA dosáhne utahovacího momentu 8–10 in-lbs snížení hodnoty PIM až o 15 dB ve srovnání s povolenými spoji. Je nutné provést testování za reálných podmínek – hodnota PIM se může změnit o ±6 dB, pokud se montážní tolerance liší v rozsahu utahovacích momentů šroubů od 0,3 Nm. Tuto situaci zhoršují i tepelné faktory: drsnost povrchu stříbrně pokovených spojů se po 2000 tepelných cyklů zvýší z Ra0,3 μm na Ra1,2 μm, čímž se hodnota PIM zvýší o 15 dB. Požadavek na aktuálnost v průběhu let vyžaduje, aby byly komponenty budoucností zabezpečené. Komponenty pracující v rozsahu od 617 MHz do 5925 MHz jsou ultrapásmové komponenty, které umožňují vývoj sítě bez nutnosti změny infrastruktury. Venkovní infrastruktura je navržena pro venkovní použití a má nízkopimové ukončení s ochranou IP67 a konektory typu 4,3–10.
Bezdrátové sítě s vysokou kapacitou jsou založeny na využití komponent s nízkým PIM. Všechno toto ovlivňuje výkon PIM, který nakonec určuje kapacitu sítí – od čistoty materiálů a přesnějšího pokovování až po pokročilý návrh konektorů a důkladné testování. Snížení PIM je ještě významnější s příchodem technologie 5G a vznikem technologie 6G. Linkworld je výrobce s více než dvacetiletou zkušeností v oblasti RF komponent, stejně jako s významnými zkušenostmi v návrhu komponent s nízkým PIM, které lze nalézt v mikrovlnných pasivních komponentách spolehlivě splňujících požadavky na nasazení s vysokou kapacitou. Kontaktujte nás a diskutujte požadavky na komponenty s nízkým PIM.