Nieder-PIM-Mikrowellenkomponenten für Hochkapazitätsnetzwerke

Die Kapazität steht im Mittelpunkt der sich entwickelnden 5G- und 6G-Netzwerke. Bei Hochordnungsmodulation, massiver MIMO-Technik und dichter Frequenznutzung sind äußerst saubere Signalumgebungen erforderlich. Die passive Intermodulation (PIM) ist jedoch einer der heimtückischsten Gegner der Kapazität in passiven Komponenten. Signalstörungen, die durch das Vorhandensein mehrerer hochleistungsfähiger Trägersignale entstehen, die auf Nichtlinearitäten von Steckverbindern, Kabeln oder Komponenten treffen, erhöhen das Rausch-Niveau und verschlechtern die Leistung. Für Hochkapazitätsnetzwerke entscheidend ist eine Infrastruktur aus PIM-armen Komponenten. Wir verfügen über mehr als 20 Jahre RF erfahrung im Bereich der Entwicklung mikrowellentechnischer passiver Komponenten mit garantiert PIM-armem Verhalten. Dieser Leitfaden beschreibt vier entscheidende Aspekte bei der Auswahl PIM-armer Komponenten.

Verständnis der PIM und ihrer Auswirkungen auf die Netzwerkkapazität

Hier enden nichtlineare Übergänge zwei oder mehr Hochleistungs-Trägersignale und mischen deren Frequenzen, wodurch Intermodulationsprodukte entstehen, die in den Empfangsbereich fallen können. Wenn die Frequenzen nahe beieinander liegen, treten die Produkte dritter Ordnung auf derselben Bandbreite wie das Empfangssignal auf, sofern zwischen den beiden gekoppelten Frequenzen ein nichtlinearer Übergang besteht. Obwohl die Leistung bei −153 dBc nur 5×10⁻¹⁶ der Trägerleistung beträgt, sind die empfangenen Signale sehr schwach; dieses scheinbar unbedeutende Störniveau hebt den Rauschpegel so stark an, dass eine gute Systemleistung nicht mehr gewährleistet ist. Kapazitätseffekt: Ein Vergleich der Kapazität im Grenzfall und im Maximalfall zeigt bei stark frequentierten Standorten mit 4×4-MIMO und PIM-Werten unter −160 dBc einen Kapazitätsgewinn von bis zu 30 %. Eine Verbesserung der PIM-Leistung um ein Dezibel ermöglicht eine Erhöhung der Modulationsordnung und der spektralen Effizienz.

Materialauswahl und Beschichtungssysteme

Die Materialauswahl ist entscheidend für eine geringe PIM-Leistung. Ferromagnetische Materialien – Eisen, Nickel und Kobalt – müssen auf dem Signalkanal vollständig eliminiert werden, da sie die wesentlichen Ursachen für PIM darstellen. Das Grundmaterial für Gehäuse mit Steckverbindern und Gehäusen kann aus hochleitfähigem Material wie Messing oder Kupfer hergestellt werden; jedoch sind auch Beschichtungssysteme erforderlich. Für Hochleistungskomponenten wird eine leitfähige und umweltbeständige Dreimetall-Beschichtung (Kupfer, Nickel und anschließend entweder Silber oder Gold) eingesetzt. Der Zusammenhang zwischen der Beschichtungsqualität und der PIM-Leistung ist extrem: Eine ausreichende Gold-auf-Nickel-Beschichtung in Verbindung mit einem gezielten Drehmoment-Management senkt die PIM-Werte im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen um 15 dB. Oberflächenqualität: Das Problem der Oberflächenqualität ist mikroskopisch – die Skin-Tiefe im W-Band beträgt weniger als 0,2 μm, was bedeutet, dass Gitterfehler die Intermodulationseigenschaften unmittelbar bestimmen. Komponenten für den Weltraumeinsatz müssen aus Aluminium mit einer Reinheit von ≥99,9997 % und einer Oberflächenrauheit Ra ≤0,8 μm bestehen.

Fortgeschrittener Stecker- und Schnittstellendesign

Die Steckverbinderschnittstellen sind die häufigste Quelle für PIM. Der wesentliche physikalische Prozess, der zur Entstehung von PIM führt, ist die nichtlineare metallische Kontakt-Nichtlinearität, die durch nicht ideale elektrische Kontakte verursacht wird. Moderne Low-PIM-Steckverbinder beheben dieses Problem in mehreren Aspekten. Die 4,3-10-Steckverbinder haben sich in der Branche als Standard für Makro-Zellen und Hochleistungs-DAS-Steckverbinder durchgesetzt; sie zeichnen sich durch symmetrische Kontaktschnittstellen aus, die sicherstellen, dass entlang des gesamten Umfangs keine Mikrolücken entstehen, die PIM erzeugen würden. Die anspruchsvollsten dieser Lösungen sind berührungslose elektromagnetische Bandgap-(EBG-)Konstruktionen, bei denen PIM durch nicht kontaktierende Schnittstellen erreicht wird, da die durch metallische Kontakte verursachte Nichtlinearität unterdrückt wird; hierbei wird eine durchschnittliche Unterdrückung von mehr als 20 dB erzielt (im Vergleich zu konventionellen Konstruktionen). Dielektrisch gefüllte Wellenleiter weisen keine Kontaktflächen auf und müssen daher als Option in Situationen betrachtet werden, in denen äußerst hohe Anforderungen an das PIM gestellt werden.

Systemübergreifende Integration und Tests

Es ist nicht ein niedriger PIM auf Komponentenebene, der die Systemleistung gewährleistet. Die letzte PIM wird durch die Wechselwirkung zwischen den Elementen und der Umwelt beeinflusst. Ein angemessenes Drehmoment ist äußerst kritisch, da es sehr stark ist und die Lockerung zu Kontaktverläufen führt, während eine Überspannung zu dielektrischen Rissen und Kontaktdeformation führt. Ein Drehmoment von 8 bis 10 lbs bei normalen SMA-Anschlüssen verringert die PIM im Vergleich zu losen Anschlüssen um bis zu 15 dB. Es wäre notwendig, die PIM unter realen Bedingungen zu testen - sie kann sich um +-6 dB ändern, wenn die Toleranzen der Baugruppe unterschiedliche Werte der Schraubdrehmomente im Bereich von 0,3 Nm haben. Die Herausforderungen werden durch thermische Faktoren verschärft: Die Oberflächenrauheit von silberbeschichteten Verbindungen steigt von Ra0,3 μm auf Ra1,2 μm in 2000 thermischen Zyklen und erhöht die PIM um 15 dB. Die Anforderung, im Laufe der Jahre auf dem neuesten Stand zu sein, erfordert, dass die Elemente zukunftssicher sind. Die Komponenten zwischen 617 MHz und 5925 MHz sind Ultrabreitbandkomponenten, die es ermöglichen, das Netz zu entwickeln, ohne die Infrastruktur zu ändern. Die Außeninfrastruktur ist umweltfreundlich und verfügt über Niedrig-PIM-Endungen mit IP67 und 4,3-10-Endungen.

Drahtlose Netzwerke mit hoher Kapazität basieren auf der Verwendung von Komponenten mit geringem PIM. All dies beeinflusst die PIM-Leistung, die letztlich die Netzwerkkapazität bestimmt – von der Reinheit der Materialien und der präzisen Beschichtung bis hin zum fortschrittlichen Steckverbinderkonzept und strengen Tests. Die Reduzierung des PIM gewinnt noch mehr an Bedeutung mit der Einführung des 5G- und dem Aufkommen des 6G-Standards. Linkworld ist ein Hersteller mit über zwanzig Jahren Erfahrung in HF-Komponenten sowie umfangreicher Expertise im Bereich Low-PIM-Design, das sich in zuverlässigen Mikrowellen-Passivkomponenten widerspiegelt, die den Anforderungen hochkapazitiver Netzbereitstellungen gerecht werden. Kontaktieren Sie uns und besprechen Sie Ihre Anforderungen an Low-PIM-Komponenten.