EN
Емкость — главный фактор в развивающихся сетях 5G и 6G. При использовании модуляции высокого порядка, массивных MIMO-систем и плотного повторного использования частот требуются исключительно чистые сигналы. Пассивная интермодуляция (PIM) является одним из самых коварных врагов емкости, проявляясь в пассивных компонентах. Интерференция сигналов, вызванная одновременным воздействием нескольких высокомощных несущих на нелинейности разъёмов, кабелей или компонентов, повышает уровень шума и ухудшает характеристики системы. Для сетей с высокой пропускной способностью критически важна инфраструктура, построенная на компонентах с низким уровнем PIM. Наш опыт в этой области превышает 20 лет. RF опыт работы в области проектирования пассивных СВЧ-компонентов с гарантированными низкими показателями PIM. В этом руководстве рассматриваются 4 ключевых аспекта выбора компонентов с низким уровнем PIM.
Понимание явления PIM и его влияния на пропускную способность сети
Здесь нелинейные переходы завершают два или более высокомощных несущих сигнала и смешивают их частоты, создавая продукты интермодуляции, которые могут попадать в полосы приема. Когда частоты расположены близко друг к другу, продукты третьего порядка наблюдаются в той же полосе, что и принимаемый сигнал, при наличии нелинейного перехода между двумя связанными частотами. Даже если мощность на уровне −153 дБц составляет лишь 5×10⁻¹⁶ от мощности несущей, принимаемые сигналы очень слабы, и этот, казалось бы, незначительный уровень помех приводит к чрезмерному повышению уровня шумовой составляющей, что препятствует обеспечению хорошей производительности. Эффект ёмкости: сравнение ёмкости в пограничном и максимальном случаях покажет рост ёмкости до 30 % для участков с высокой нагрузкой в конфигурации 4×4 MIMO при подавлении ПИМ ниже −160 дБц. Улучшение показателя ПИМ на 1 дБ упрощает повышение порядка модуляции и спектральной эффективности.
Выбор материалов и системы покрытий
Выбор материала имеет решающее значение для обеспечения низкого уровня паразитных интермодуляционных продуктов (PIM). Ферромагнитные материалы — железо, никель и кобальт — должны быть полностью исключены из тракта сигнала, поскольку именно они вносят основной вклад в возникновение PIM. Основной материал корпуса, разъёмов и кожухов может быть выполнен из высокопроводящих металлов, например латуни или меди, однако также требуются системы гальванического покрытия. Для компонентов премиум-класса применяется трёхслойное проводящее покрытие с защитой от внешних воздействий (медь, никель, а затем серебро или золото). Взаимосвязь между качеством покрытия и уровнем PIM чрезвычайно высока: достаточное покрытие золотом по никелю в сочетании с контролем крутящего момента позволяет снизить уровень PIM на 15 дБ по сравнению с традиционными конструкциями. Качество поверхности: Проблема качества поверхности носит микроскопический характер — глубина скин-слоя в W-диапазоне составляет менее 0,2 мкм, что означает, что дефекты кристаллической решётки напрямую определяют параметры интермодуляции. Компоненты космического класса должны изготавливаться из алюминия чистотой не ниже 99,9997 % и иметь шероховатость поверхности Ra ≤ 0,8 мкм.
Усовершенствованная конструкция разъемов и интерфейсов
Интерфейсы разъёмов являются наиболее распространённым источником паразитных интермодуляционных продуктов (PIM). Основной физический процесс, приводящий к возникновению PIM, — это нелинейность металлического контакта, обусловленная неидеальным электрическим контактом. Современные разъёмы с низким уровнем PIM преодолевают эту проблему по нескольким направлениям. Разъёмы типа 4.3–10 стали отраслевым стандартом в качестве разъёмов для макроячеек и высокомощных распределённых антенных систем (DAS), поскольку их симметричные контактные интерфейсы обеспечивают отсутствие микрозазоров по всей окружности, которые могли бы вызывать образование PIM. Наиболее сложными среди них являются бесконтактные конструкции с электромагнитной запрещённой зоной (EBG), в которых подавление PIM достигается за счёт использования неконтактных интерфейсов: при этом подавляется нелинейность, вызванная металлическим контактом, и обеспечивается среднее подавление более чем на 20 дБ (по сравнению с традиционными конструкциями). Диэлектрически заполненные волноводы не имеют контактных поверхностей и должны рассматриваться в качестве альтернативного решения в тех случаях, когда предъявляются исключительно высокие требования к уровню PIM.
Интеграция и тестирование на уровне системы
Низкий уровень интермодуляционных помех (PIM) на уровне отдельного компонента не гарантирует высокую производительность системы. Окончательный уровень PIM зависит от взаимодействия элементов друг с другом и с окружающей средой. Точное соблюдение требуемого крутящего момента имеет исключительно важное значение: его недостаток приводит к ослаблению контактов, а чрезмерное затягивание — к образованию трещин в диэлектрике и деформации контактов. При использовании стандартных разъёмов SMA применение крутящего момента 8–10 дюйм-фунт (in-lbs) снижает уровень PIM до 15 дБ по сравнению с ненадёжными (незатянутыми) соединениями. Для получения достоверных результатов требуется тестирование в реальных условиях: при изменении допусков сборки — например, при колебаниях крутящего момента болтов в пределах 0,3 Н·м — уровень PIM может измениться на ±6 дБ. Тепловые факторы усугубляют эти проблемы: после 2000 циклов термического воздействия шероховатость поверхности серебряных покрытий возрастает с Ra0,3 мкм до Ra1,2 мкм, что приводит к росту уровня PIM на 15 дБ. Требование поддержания актуальности оборудования на протяжении многих лет предполагает использование «будущестойких» (futureproofed) элементов. Компоненты, работающие в диапазоне частот от 617 МГц до 5925 МГц, относятся к ультраширокополосным (UWB) и позволяют модернизировать сеть без замены существующей инфраструктуры. Наружная инфраструктура рассчитана на эксплуатацию в сложных внешних условиях и оснащена низкочастотными (low-PIM) разъёмами с защитой IP67 и разъёмами типа 4.3-10.
Беспроводные сети с высокой пропускной способностью основаны на использовании компонентов с низким уровнем паразитных интермодуляционных продуктов (PIM). Всё это влияет на характеристики PIM, которые в конечном итоге определяют пропускную способность сетей — от чистоты материалов и точности гальванического покрытия до передовых конструкций разъёмов и строгих испытаний. Снижение уровня PIM приобретает ещё большее значение с появлением сетей 5G и развитием технологий 6G. Linkworld — производитель, обладающий более чем двадцатилетним опытом в области РЧ-компонентов, а также значительным опытом проектирования компонентов с низким уровнем PIM, применяемых в надёжных пассивных СВЧ-компонентах, соответствующих требованиям развертывания сетей с высокой пропускной способностью. Свяжитесь с нами и обсудите ваши требования к компонентам с низким уровнем PIM.