EN
Inom telekommunikation är filter frekvensens portvaktare, eftersom signaler endast färdas dit de ska och undviker störningar. Vid utvecklingen av basstationer, mikrovågsförbindelser eller satellitterminaler måste ingenjörer fatta ett grundläggande beslut: att använda antingen koaxiala hålrumfilter eller vågledarfilter. Var och en av dessa har sina unika fördelar, vilka bestäms av frekvens, effekt, storlek och systemarkitektur. Koaxialfilter är de vanligaste när applikationen kräver små format och konstruktionsflexibilitet vid frekvenser under 6 GHz, medan vågledarfilter föredras vid högre frekvenser på grund av deras låga förluster och förmåga att hantera hög effekt vid dessa frekvenser. LINKWORLD är ett globalt företag inom produktionen av båda teknologierna och har mer än 20 års erfarenhet av RF-teknik. Den här guiden identifierar de viktigaste aspekterna som skiljer åt dessa typer av filter.
Frekvensområde och elektrisk prestanda
Driftfrekvensen visar vanligtvis den rätta och lämpliga tekniken. Koaxiala filter sprider signaler med hjälp av TEM-läge och stödjer frekvenser mellan konstruktionsgränserna och likström. De används omfattande i mobilbasstationer för frekvensområdet 400 MHz upp till cirka 6 GHz, där de ger god prestanda och en rimlig storlek. Koaxiala hålrumfilter med resonator-Q-faktorer upp till 3 000 används för att välja smalbandiga kanaler i 5G-under-6-GHz-applikationer. Denna högpasskaraktär är i sig mycket hög och gör dem idealiska vid frekvenser över cirka 4 GHz. Vid frekvenser i millimetervågsområdet, där 30 GHz utgör en ände av området och högre frekvenser i området ger extremt höga förluster samt högre ordningens vågformer i koaxiala strukturer, är det endast vågledare som praktiskt taget kan användas. Vågledarfilter har en insättningsförlust så låg som 0,15 dB vid 94 GHz, jämfört med 0,47 dB för koaxiala alternativ.
Insättningsförlust och effekthantering
Varje decibel förlust har en direkt inverkan på täckningsområdet, datatransferhastigheten och driftkostnaderna. Vågledarfilter är bra i båda avseenden. Deras metalliska hålkonstruktioner ger ingen dielektrisk förlust, och signalerna överförs genom luftfyllda öppningar. Vågledarförlusten vid Ku-bandet (12–18 GHz) är ca 0,15 dB/m jämfört med 0,67 dB/m för koaxiala lösningar – alltså 4,5 gånger lägre. Samma gäller även effekthanteringen: WR-42-vågledare kan hantera pulseffekter på 20 kW i Q-bandet, vilket är 400 gånger högre än motsvarande koaxiala lösningar. Koaxialfilter uppnår god prestanda inom sitt avsedda användningsområde – L-bandfilter av god kvalitet har en insättningsförlust på mindre än 0,5 dB. Kompromissen utgörs av närvaron av dielektriska material som ger upphov till förlustmekanismer som inte finns i vågledarfall. Skin-effekten koncentrerar strömmen till tunnare ytor vid högre frekvenser, och pläteringskvaliteten är avgörande.
Fysikalisk storlek och integreringsöverväganden
Telekominfrastrukturen har också ett större behov av komponenter i liten storlek. I detta fall har koaxiala filter stora fördelar. TEM-resonatorer erbjuder utmärkt funktion, men deras fysiska volym ökar i proportion till kraven på Q-faktor. Nya tekniker löser detta: i dielektriska resonatorfilter ersätts lufttomrum med keramiska material med hög permittivitet; yta kan minskas med 50 procent utan att påverka den elektriska prestandan. 5G Massive MIMO-basstationer har övergått till keramiska dielektriska filter. Vågledarfilter är alltid ganska stora i sig – deras dimensioner är direkt proportionella mot våglängden. Men när frekvenserna stiger till millimetervåglängder, där våglängderna minskar till millimeter, blir vågledarnas storlek förvånande liten. Substratintegrerad vågledarteknik (SIW) är en teknik som möjliggör vågledarliknande konstruktioner i planära kretskortsdimensioner, med låg förlust, kompakta dimensioner och integrationsmöjligheter.
Miljömässig stabilitet och långsiktig pålitlighet
Telekominfrastrukturen installeras ofta utomhus under flera decennier. Vågledarkonstruktioner är mycket stabila – helt metalliska konstruktioner upplever inte skillnader i termisk expansion eller utgasning. Amplituddrift för WR-15-vågledare på grund av termisk cykling mellan -55 °C och +125 °C motsvarar endast -0,008 dB/°C, medan PTFE-dielektrika i koaxiala strukturer drar ihop sig vid kyla, vilket leder till impedansmismatch. I det djupa utrymmet tål vågledarfiltre strålningsdoser som skulle kolifiera koaxiala dielektrika. För att uppnå liknande stabilitet måste koaxiala filter noggrant väljas med avseende på legeringar med låg expansion och dielektriska stöd med temperaturkompensering. Hermetisk försegling skyddar mot fuktinträngning. Moderna 5G-basstationsfilter har en drifttemperatur på -40 °C till +85 °C med en liten frekvensdrift.
Valet innebär avvägningar mellan frekvens, förluster, fysiska begränsningar och miljökrav. Koaxiala filter är det föredragna valet under 6 GHz på grund av deras mindre storlek och lättare integrationsmöjligheter, vilket är viktigare än de ökade förlusterna. Vid frekvenser runt 10 GHz och högre krävs vågledarfilter på grund av bättre förlustegenskaper samt möjligheten att hantera högre effekt och drift i mer krävande miljöförhållanden. När 5G går över till millimetervågor och 6G går mot ännu högre frekvenser förändras teknologierna – koaxiala konstruktioner med nya dielektrika och miniatyrisering samt vågledarteknologi baserad på SIW (substrate-integrated waveguide) och additiv tillverkning. Linkworld har mer än 20 års erfarenhet av RF-tillverkning inom båda teknologierna och erbjuder de filter, monterade enheter och designexpertis som telekominfrastruktur kräver. Kontakta oss angående dina specifika filterbehov.