EN
I telekommunikation er filtre frekvensens portvogtere, da signaler kun udbredes, hvor de skal være, og undgår interferens. Ved udviklingen af basestationer, mikrobølgeforbindelser eller satellitterminaler står ingeniører over for et grundlæggende valg: at anvende enten koaksiale hulrumsfiltre eller bølgelederfiltre. Hver type har sine unikke fordele, som bestemmes af frekvens, effekt, størrelse og systemarkitektur. Koaksiale filtre er de mest almindeligt anvendte, når applikationen kræver små formfaktorer og konstruktionsfleksibilitet ved frekvenser under 6 GHz, mens bølgelederfiltre foretrækkes ved højere frekvenser på grund af deres lave tab og evne til at håndtere høj effekt ved disse frekvenser. LINKWORLD er et globalt firma inden for produktionen af begge teknologier og har mere end 20 års erfaring inden for RF-teknik. Denne vejledning identificerer de vigtigste aspekter, der adskiller disse typer filtre.
Frekvensområde og elektrisk ydeevne
Driftsfrekvensen viser normalt den rigtige og passende teknologi. Koaksiale filtre udbreder sig ved brug af TEM-tilstand og understøtter frekvenser mellem designgrænserne og DC. De anvendes omfattende i cellulære basestationer fra 400 MHz til ca. 6 GHz med god ydeevne og en rimelig størrelse. Koaksiale hulrumsfiltre med resonator-Q-faktorer op til 3.000 anvendes til udvælgelse af smalbåndskanaler i 5G-under-6-GHz-anvendelser. Denne højpasegenskab er intrinsisk høj og gør dem ideelle ud over ca. 4 GHz. Ved frekvenser i millimeterbølgebåndet, hvor 30 GHz er den ene ende af båndet og højere frekvenser i båndet oplever ekstremt høje tab samt overordnede bølgetilstande i koaksiale strukturer, er det kun bølgeledere, der kan anvendes praktisk. Bølgelederfiltre har en indføjet dæmpning på så lavt som 0,15 dB ved 94 GHz i modsætning til 0,47 dB med koaksiale alternativer.
Indføjet dæmpning og effekthåndtering
Hver decibel tab har en direkte indflydelse på dækningsområdet, dataraterne og driftsomkostningerne. Bølgelederfiltere er gode i begge henseender. Deres metalhule konstruktioner har ingen dielektriske tab, og signalerne transmitteres i luftfyldte åbninger. Bølgelederindførselstab ved Ku-båndet (12–18 GHz) er ca. 0,15 dB/m sammenlignet med 0,67 dB/m for koaksiale løsninger – altså 4,5 gange lavere. Det samme gælder for effekthåndtering: WR-42-bølgeledere kan lede 20 kW pulseffekt i Q-båndet, hvilket er 400 gange mere end deres koaksiale modstykker. Koaksiale filtre opnår god ydeevne inden for deres målgruppeanvendelighed – L-båndsfiltre af god kvalitet har en indførselstab på under 0,5 dB. Kompromiset består i brugen af dielektriske materialer, som giver tabmekanismer, der ikke forekommer i tilfælde af bølgeledere. Hud-effekten koncentrerer strømmen i tyndere overflader ved højere frekvenser, og pladeringskvaliteten er afgørende.
Fysiske dimensioner og integrationsovervejelser
Telekommunikationsinfrastruktur har også større behov for komponenter i mindre størrelse. I dette tilfælde har koaksiale filtre store fordele. TEM-resonatorer leverer fremragende ydeevne, men deres fysiske volumen stiger i takt med kravene til Q-faktor. Ny teknologi løser dette problem: I dielektriske resonatorfiltre erstattes luftkaviteter med keramiske materialer med høj permittivitet; arealforbruget kan reduceres med 50 procent uden indflydelse på den elektriske ydeevne. 5G Massive MIMO-basestationer anvender nu keramiske dielektriske filtre. Bølgelederfiltre er altid ret store i sig selv – deres dimensioner er direkte proportionale med bølgelængden. Men når frekvenserne stiger til millimeterbølger, hvor bølgelængderne falder til få millimeter, bliver bølgeledernes størrelse overraskende lille. Substrate Integrated Waveguide (SIW)-teknologien er en teknologi, der muliggør bølgelederlignende design i planare PCB-dimensioner med lav tabstal, kompakte dimensioner og god integrationsmulighed.
Miljømæssig stabilitet og langvarig pålidelighed
Telekommunikationsinfrastrukturen er ofte installeret udendørs i årtier. Bølgelederdesigns er meget stabile – udelukkende metalbaserede design oplever ikke termiske udvidelsesforskelle og udgassing. Amplitudeafdrift for WR-15-bølgeledere som følge af termisk cyklus mellem -55 °C og +125 °C svarer kun til -0,008 dB/°C, mens PTFE-dielektrika i koaksiale strukturer trækker sig sammen ved kulde, hvilket resulterer i impedansmismatch. I det dybe rum kan bølgelederfiltre tåle strålingsdoser, der ville carbonisere koaksiale dielektrika. For at opnå en lignende stabilitet skal koaksiale filtre omhyggeligt vælges med brug af legeringer med lav udvidelse og dielektriske understøtninger med temperaturkompensation. Hermetisk forsegling beskytter mod fugttildrængning. Moderne 5G-basestationers filtre har en ydeevne fra -40 °C til +85 °C med en lille frekvensafdrift.
Valget indebærer kompromiser mellem frekvens, tab, fysiske begrænsninger og miljøkrav. Koaksiale filtre er det foretrukne valg ved frekvenser under 6 GHz på grund af den mindre størrelse og nemmere integration, hvilket er mere vigtigt end de øgede tab. Ved frekvenser omkring 10 GHz og derover kræves bølgelederfiltre på grund af deres bedre tabsegenskaber samt evne til at håndtere højere effekt og mere krævende miljøforhold. Da 5G bevæger sig mod millimeterbølger og 6G bevæger sig mod endnu højere frekvenser, ændres teknologierne – herunder koaksiale design med nye dielektrika og miniaturisering samt bølgelederteknologi baseret på SIW (Substrate Integrated Waveguide) og additiv fremstilling. Linkworld har mere end 20 års erfaring med RF-produktion inden for begge teknologier og tilbyder de filtre, samlinger og designkompetencer, som telekommunikationsinfrastrukturen kræver. Kontakt os angående dine specifikke filterbehov.