EN
In de telecommunicatie zijn filters de poortwachters van frequentie, aangezien signalen alleen waarheen reizen waar ze horen te zijn en storingen buiten de deur houden. Bij de ontwikkeling van basisstations, microgolfverbindingen of satellietterminals moeten ingenieurs een fundamentele keuze maken: het gebruik van coaxiale caviteitsfilters of golfgeleiderfilters. Elk type heeft zijn eigen unieke voordelen, die worden bepaald door frequentie, vermogen, afmetingen en systeemarchitectuur. Coaxiale filters worden het meest gebruikt wanneer de toepassing kleine afmetingen en ontwerpvrijheid vereist bij frequenties onder de 6 GHz, terwijl golfgeleiderfilters bij hogere frequenties worden verkozen vanwege hun lage verlies en het vermogen om hoog vermogen bij die frequenties te verwerken. LINKWORLD is een wereldwijd bedrijf dat beide technologieën produceert en meer dan 20 jaar RF-expertise heeft. Deze gids identificeert de belangrijkste aspecten waardoor deze soorten filters van elkaar verschillen.
Frequentiebereik en elektrische prestaties
De werkfrequentie geeft meestal de juiste en geschikte technologie aan. Coaxiale filters voortplanten zich via de TEM-modus en ondersteunen frequenties tussen de ontwerpgrenzen en gelijkstroom (DC). Ze worden veel gebruikt in mobiele basisstations van 400 MHz tot ongeveer 6 GHz, met een goede prestatie en een redelijke afmeting. Coaxiale holtefilters met resonator-Q-factoren tot 3.000 worden gebruikt om smalbandige kanalen te selecteren in 5G-sub-6-GHz-toepassingen. Deze hoogdoorlaat-karakteristiek is intrinsiek sterk uitgesproken en maakt ze ideaal boven ongeveer 4 GHz. Bij frequenties in het millimetergolfbereik, waarbij 30 GHz één uiteinde van het bereik vormt en hogere frequenties in dit bereik extreem hoge verliezen en hogere-orde modi in coaxiale structuren vertonen, zijn alleen golfgeleiders praktisch toepasbaar. Golfgeleiderfilters hebben een inzetverlies van slechts 0,15 dB bij 94 GHz, vergeleken met 0,47 dB bij coaxiale alternatieven.
Inzetverlies en vermogensverwerking
Elke decibel verlies heeft een directe invloed op het dekgebied, de datatransmissiesnelheden en de bedrijfskosten. Golfgeleidersfilters zijn op beide punten goed. Hun holle metalen constructie kent geen dielectrische verliezen en de signalen worden door luchtgevulde openingen overgedragen. Het inbrengverlies van golfgeleiders in het Ku-band (12–18 GHz) bedraagt ongeveer 0,15 dB/m, vergeleken met 0,67 dB/m bij coaxiale oplossingen — dus 4,5 keer lager. Hetzelfde geldt voor het vermogensvermogen: WR-42-golfgeleiders kunnen in het Q-band een pulsmacht van 20 kW overdragen, wat 400 keer hoger is dan bij coaxiale tegenhangers. Coaxiale filters behalen goede prestaties binnen hun beoogde toepassingsgebied — hoogwaardige L-bandfilters hebben een inbrengverlies van minder dan 0,5 dB. De afweging wordt gevormd door het gebruik van dielectrische materialen, die verliesmechanismen introduceren die bij golfgeleiders niet aanwezig zijn. Het ‘skin effect’ concentreert de stroom in dunner wordende oppervlakken bij hogere frequenties, waardoor een hoge platingkwaliteit noodzakelijk is.
Fysieke afmetingen en integratieoverwegingen
Telecominfrastructuur heeft ook meer behoefte aan componenten van kleine afmetingen. In dit geval bieden coaxiale filters grote voordelen. TEM-resonatoren bieden uitstekende prestaties, maar het fysieke volume neemt toe naarmate de eisen aan de Q-factor stijgen. Nieuwe technologieën lossen dit op: bij dielektrische resonatorfilters worden luchtopeningen vervangen door keramische materialen met een hoge permittiviteit; het oppervlak kan met 50 procent worden verminderd, zonder dat dit gevolgen heeft voor de elektrische prestaties. 5G Massive MIMO-basisstations maken nu gebruik van keramische dielektrische filters. Golfgeleiders zijn van nature altijd vrij groot — hun afmetingen staan rechtstreeks in verhouding tot de golflengte. Maar wanneer de frequenties stijgen naar millimetergolflengten, waarbij de golflengten tot enkele millimeters dalen, wordt de afmeting van golfgeleiders verrassend klein. Substrate Integrated Waveguide (SIW)-technologie is een technologie die golfgeleiderachtige ontwerpen realiseert binnen vlakke PCB-afmetingen, met lage verliezen, compacte afmetingen en integratiemogelijkheden.
Milieustabiliteit en langetermijnbetrouwbaarheid
De telecommunicatieinfrastructuur wordt vaak gedecennia lang buitenshuis geïmplementeerd. Golfgeleiderontwerpen zijn zeer stabiel: volledig metalen ontwerpen vertonen geen verschillen in thermische uitzetting en geen uitgassing. De amplitude-afwijking van WR-15-golfgeleiders als gevolg van thermische cycli tussen -55 °C en +125 °C bedraagt slechts -0,008 dB/°C, terwijl PTFE-dielectrica in coaxiale structuren bij lage temperaturen krimpen, wat leidt tot een impedantieonafstemming. In de diepe ruimte weerstaan golfgeleiderfilters stralingsdoses die voldoende zijn om coaxiale dielectrica te carboniseren. Om een vergelijkbare stabiliteit te bereiken, moeten coaxiale filters zorgvuldig worden geselecteerd met gebruik van legeringen met lage uitzettingscoëfficiënt en dielectrische ondersteuningselementen met temperatuurcompensatie. Een hermetische afdichting beschermt tegen vochtinfiltratie. Moderne 5G-basisstationfilters hebben een werkbereik van -40 °C tot +85 °C met een geringe frequentieafwijking.
De keuze houdt afwegingen in tussen frequentie, verlies, fysieke beperkingen en milieuvereisten. Coaxiale filters zijn de voorkeurskeuze onder de 6 GHz vanwege de kleinere afmetingen en de eenvoudiger integratie, wat belangrijker is dan het hogere verlies. Bij frequenties van ongeveer 10 GHz en hoger zijn golfgeleiderfilters vereist vanwege hun betere verlieskenmerken, hun vermogen om met meer vermogen te werken en hun geschiktheid voor strengere milieuomstandigheden. Aangezien 5G zich richt op millimetergolven en 6G naar nog hogere frequenties gaat, veranderen de technologieën: coaxiale ontwerpen met nieuwe dielektrica en miniaturisatie, en golfgeleidertechnologie gebaseerd op SIW (Substrate Integrated Waveguide) en additieve fabricage. Linkworld heeft meer dan 20 jaar ervaring in RF-productie met beide technologieën en biedt de filters, assemblages en ontwerpkennis die telecominfrastructuur vereist. Neem contact met ons op over uw specifieke filterbehoeften.