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Con l’evoluzione delle reti wireless verso il 5G e oltre, la Infrastruttura RF la densità aumenta in modo esponenziale. In prossimità, sono presenti celle macro, piccole celle e sistemi di antenne distribuite, che gestiscono velocità dati superiori e potenza del segnale maggiore. I componenti passivi a microonde, come filtri, accoppiatori, divisori, attenuatori, terminazioni, ecc., sono sottoposti a sollecitazione come mai prima d’ora in questo ambiente. A differenza dei componenti attivi, i componenti passivi non sono in grado di fornire guadagno per superare i loro limiti; per gestire la potenza, essi dipendono essenzialmente dalle caratteristiche del materiale, dalla geometria e dalle prestazioni termiche. Presso Linkworld realizziamo componenti passivi per reti ad alta densità e per applicazioni ad alta potenza, avvalendoci di oltre 20 anni di esperienza nel campo delle radiofrequenze (RF). In questa guida esamineremo quattro aree critiche nella determinazione della capacità di gestione della potenza.
Gestione termica: il fattore limitante definitivo
Il calore rappresenta il limite fondamentale per la gestione della potenza. Quando l’energia RF attraversa un singolo componente, una parte di essa viene dissipata sotto forma di calore a causa delle perdite dielettriche e resistive. Questo calore deve essere dissipato per evitare degradazione delle prestazioni o guasti catastrofici. Le moderne reti ad alta densità spingono questa sfida ai suoi limiti. Oggi sono disponibili accoppiatori direzionali da 250 W in piccoli pacchetti SMD (surface-mount device) di dimensioni pari a soli 0,12 × 0,06 pollici. Il diamante sintetico ottenuto mediante deposizione chimica da fase vapore (CVD) possiede una conducibilità termica tre-quattro volte superiore a quella del rame, consentendo ai componenti di dissipare oltre 10 W in regime continuo (CW) e di operare a frequenze superiori a 40 GHz anche all’interno di pacchetti per applicazioni spaziali. Anche i componenti ad alta potenza di Linkworld tengono conto di strategie efficaci di gestione termica, come l’ottimizzazione del percorso termico e l’impiego di substrati con elevata conducibilità termica.
Selezione dei materiali per prestazioni ad alta potenza
Le capacità di gestione della potenza sono fondamentalmente determinate dai materiali. I conduttori devono ridurre al minimo le perdite resistive che causano riscaldamento, mentre i dielettrici devono mantenere le proprie caratteristiche stabili anche a temperature elevate. La scelta del materiale è critica nei punti in cui terminazioni e carichi devono assorbire energia RF. Sono stati sviluppati resistori su substrati ad alta conducibilità termica con tecnologia avanzata a film sottile, dotati rispettivamente di terminazioni in grado di dissipare 300 W e 50 W, fino a 26,5 GHz e 6 GHz in continua. Materiali non magnetici stanno assumendo crescente importanza per evitare il PIM (Intermodulazione Passiva), il cui peggioramento è accentuato da livelli di potenza elevati. Alle frequenze microonde, l’effetto pelle limita la corrente alle superfici dei conduttori; pertanto, la finitura superficiale e la qualità della placcatura risultano fondamentali. I componenti prodotti da Linkworld sono realizzati con materiali altamente precisi, scelti attentamente in base alle loro caratteristiche elettriche e termiche.
Costruzione meccanica e interfacce dei connettori
Il calore deve essere dissipato attraverso le interfacce dei connettori. Il calore deve essere condotto all'esterno attraverso le interfacce dei connettori verso i dissipatori termici. Gli involucri in metallo pesante con pareti così spesse offrono massa termica e vie di conduzione termica, mantenendo al contempo l'integrità meccanica nonostante le sollecitazioni termiche. Le interfacce dei connettori devono essere in grado di garantire una bassa resistenza elettrica di contatto e devono fungere da conduttori termici. Quando è richiesta la massima potenza, connettori di dimensioni maggiori, come i modelli 7-16 o 4.3-10, offrono vantaggi rispetto a interfacce più piccole, come quelle SMA, in termini di capacità di trasporto della corrente e di conducibilità termica. I componenti ad alta potenza di Linkworld presentano progettazioni meccaniche che ottimizzano sia le prestazioni elettriche del componente sia la gestione termica, assicurando che la capacità di gestione della potenza del componente non venga compromessa da limitazioni delle interfacce.
Considerazioni a livello di sistema per distribuzioni ad alta densità
Nei sistemi a rete densa, più di un componente può comunicare contemporaneamente, il che aggiunge complessità alla valutazione dei componenti stessi. Il fatto di essere contenuti in un involucro ridotto comporta il posizionamento di diversi componenti in prossimità reciproca, generando calore e innalzando la temperatura della zona circostante, con conseguente riduzione della potenza dissipata efficacemente da ciascun componente. Tale effetto è ulteriormente aggravato dalla densità spaziale: disporre in uno spazio ristretto, come avviene nelle moderne stazioni base, divisori, accoppiatori, filtri e terminazioni sullo stesso piano provoca il trasferimento del calore prodotto da un dispositivo agli altri. Ciò rende necessaria un’analisi termica a livello di sistema e, nella maggior parte dei casi, il ricorso al raffreddamento forzato o addirittura a un posizionamento strategico dei componenti. Durante il funzionamento in condizioni di potenza di picco, occorre tenere conto delle condizioni transitorie tipiche della giornata, quali sovratensioni causate da fulmini o transitori dell’amplificatore. Gli ingegneri di Linkworld hanno inoltre collaborato con i clienti nella scelta dei componenti, nel dimensionamento degli spazi tra i componenti e nella gestione termica, al fine di garantire prestazioni ottimali anche in contesti di deployment ad alta densità.
La gestione della potenza nei componenti passivi per microonde è un problema complesso, che coinvolge la gestione termica, le scienze dei materiali, la progettazione meccanica e l’integrazione di sistema. Con l’aumento della densità delle reti e del livello di potenza, è necessario sviluppare nuovi componenti passivi. Sono già disponibili componenti in grado di soddisfare le attuali esigenze di potenza delle reti ad alta densità, grazie all’impiego di materiali superiori, a soluzioni avanzate di progettazione e costruzione termica e a una pianificazione accurata del sistema. Linkworld vanta oltre vent’anni di esperienza nella produzione di componenti RF e un lungo curriculum nel campo dell’alta potenza; pertanto, anche nelle applicazioni più complesse, gli operatori di rete possono contare su Linkworld per ottenere i componenti di cui hanno bisogno. Contattateci per discutere le vostre esigenze relative a componenti passivi ad alta potenza.