Componenti microonde a bassa PIM per reti ad alta capacità

La capacità è fondamentale nelle reti emergenti 5G e 6G. Nella modulazione di ordine elevato, nel massivo MIMO e nel riutilizzo denso delle frequenze, sono necessari ambienti di segnale estremamente puliti. La distorsione intermodulare passiva (PIM) rappresenta tuttavia uno degli avversari più insidiosi della capacità operante nei componenti passivi. L’interferenza del segnale, causata dalla presenza di più portanti ad alta potenza che colpiscono le non linearità di connettori, cavi o componenti, innalza il livello di rumore e degrada le prestazioni. L’infrastruttura fondamentale per reti ad alta capacità è costituita da componenti a bassa PIM. Contiamo oltre 20 anni di RF esperienza nel campo dell’ingegneria dei componenti passivi per microonde, con prestazioni garantite a bassa PIM. Questa guida illustra quattro dimensioni critiche nella scelta di componenti a bassa PIM.

Comprensione della PIM e del suo impatto sulla capacità della rete

Questo è il punto in cui le giunzioni non lineari terminano due o più portanti ad alta potenza e ne mescolano le frequenze, generando prodotti di intermodulazione che possono cadere all'interno delle bande di ricezione. Quando le frequenze sono tra loro vicine, i prodotti di terzo ordine si osservano sulla stessa banda del segnale ricevuto, qualora sia presente una giunzione non lineare tra le due frequenze accoppiate. Anche se la potenza a -153 dBc corrisponde soltanto a 5×10⁻¹⁶ della portante, i segnali ricevuti sono estremamente deboli; pertanto, questo livello di interferenza apparentemente trascurabile rende il rumore di fondo troppo elevato per consentire prestazioni ottimali. Effetto sulla capacità: un confronto tra la capacità nei casi limite e massimo evidenzierà un guadagno di capacità fino al 30% per i siti ad alto traffico in configurazione 4x4 MIMO, purché i prodotti di intermodulazione parassita (PIM) rimangano inferiori a -160 dBc. Un miglioramento di un decibel nei PIM consente di aumentare gli ordini di modulazione e l'efficienza spettrale.

Selezione dei materiali e sistemi di placcatura

La selezione dei materiali è fondamentale per ottenere prestazioni a basso PIM. I materiali ferromagnetici — ferro, nichel e cobalto — devono essere eliminati completamente dal percorso del segnale, poiché sono i principali responsabili del PIM. Il materiale di base per involucri con connettori e alloggiamenti può essere realizzato in materiali ad alta conducibilità, come ottone o rame, ma sono necessari anche sistemi di placcatura. Per componenti di fascia alta si applica una placcatura tri-metallica conduttiva e protettiva contro gli agenti ambientali (rame, nichel e infine argento o oro). Il legame tra la qualità della placcatura e il PIM è estremamente stretto: una placcatura sufficiente in oro su nichel, abbinata a una gestione accurata della coppia di serraggio, riduce il PIM di 15 dB rispetto ai design tradizionali. Qualità della superficie: Il problema della qualità della superficie è di natura microscopica — la profondità di penetrazione nella banda W è inferiore a 0,2 μm, il che significa che i difetti reticolari influenzano direttamente le proprietà di intermodulazione. I componenti destinati all’impiego spaziale devono essere realizzati in alluminio con purezza ≥99,9997% e rugosità superficiale Ra ≤0,8 μm.

Progettazione avanzata di connettori e interfacce

Le interfacce dei connettori sono la causa più comune di PIM. Il principale processo fisico che porta allo sviluppo del PIM è la non linearità dei contatti metallici, causata da contatti elettrici non ideali. I moderni connettori a basso PIM superano questo problema sotto diversi aspetti. I connettori 4.3-10 sono diventati lo standard di settore come connettori per celle macro e sistemi DAS ad alta potenza, grazie alle loro interfacce di contatto simmetriche che garantiscono l’assenza di microfessure lungo tutta la circonferenza, le quali potrebbero generare PIM. I progetti più complessi tra questi sono quelli basati su gap elettromagnetici senza contatto (EBG), nei quali il PIM viene ridotto sfruttando interfacce prive di contatto fisico, poiché la non linearità causata dai contatti metallici viene soppressa, ottenendo una riduzione media superiore a 20 dB (rispetto ai design convenzionali). Le guide d’onda riempite dielettricamente non presentano superfici di contatto e devono essere considerate un’opzione in situazioni in cui sono richiesti standard di PIM estremamente elevati.

Integrazione e test a livello di sistema

Non è il basso PIM a livello di componente a garantire le prestazioni del sistema. L'ultimo valore di PIM è influenzato dall'interazione tra gli elementi e l'ambiente. Il corretto momento di serraggio è estremamente critico, poiché un serraggio insufficiente provoca il distacco dei contatti, mentre un serraggio eccessivo causa crepe nel dielettrico e deformazioni dei contatti. Un momento di serraggio compreso tra 8 e 10 in-lbs per i normali connettori SMA riduce il PIM fino a 15 dB rispetto a collegamenti allentati. Sarebbero necessari test in condizioni reali: il PIM può variare di ±6 dB quando le tolleranze di assemblaggio presentano valori diversi del momento di serraggio dei bulloni nell’intervallo di 0,3 Nm. Le difficoltà sono aggravate dai fattori termici: la rugosità superficiale dei giunti placcati in argento aumenta da Ra0,3 μm a Ra1,2 μm dopo 2000 cicli termici, con un incremento del PIM pari a 15 dB. Il requisito di rimanere aggiornati nel corso degli anni impone che gli elementi siano progettati per essere utilizzabili anche in futuro. I componenti compresi tra 617 MHz e 5925 MHz sono componenti ultra-large banda, che consentono l’evoluzione della rete senza modificare l’infrastruttura. L’infrastruttura esterna è progettata per resistere alle condizioni ambientali ed è dotata di connettori a basso PIM con grado di protezione IP67 e connettori 4.3-10.

Le reti wireless ad alta capacità si basano sull'utilizzo di componenti a basso PIM. Tutto ciò influenza le prestazioni del PIM, che alla fine determina la capacità delle reti, poiché la purezza dei materiali e la precisione della placcatura, fino alla progettazione avanzata dei connettori e ai test rigorosi, sono fattori critici. La riduzione del PIM assume un'importanza ancora maggiore con l'arrivo del 5G e l'emergere del 6G. Linkworld è un produttore con oltre due decenni di esperienza nei componenti RF, nonché un’ampia competenza nella progettazione di componenti a basso PIM, riscontrabile in componenti passivi per microonde affidabili per implementazioni ad alta capacità. Contattateci per discutere i vostri requisiti relativi ai componenti a basso PIM.