EN
У телекомунікаціях фільтри виступають «сторожами» частот: сигнали поширюються лише там, де це передбачено, і не піддаються впливу перешкод. Під час розробки базових станцій, мікрохвильових ліній або супутникових терміналів інженери мають ухвалити фундаментальне рішення — використовувати коаксіальні порожнинні чи хвилеводні фільтри. Кожен із цих типів має свої унікальні переваги, які визначаються частотою, потужністю, габаритами та архітектурою системи. Коаксіальні фільтри є найпоширенішими у випадках, коли застосування вимагає компактних розмірів та гнучкості проектування при частотах нижче 6 ГГц; натомість на більш високих частотах перевагу надають хвилеводні фільтри завдяки їхньому низькому рівню втрат і здатності витримувати високу потужність. LINKWORLD є глобальною компанією у виробництві обох технологій і має більше ніж 20-річний досвід роботи з радіочастотами (RF). У цьому посібнику описано основні аспекти, що відрізняють такі типи фільтрів.
Діапазон частот та електричні характеристики
Частота роботи зазвичай вказує на правильну й відповідну технологію. Коаксіальні фільтри поширюють сигнали у поперечному електромагнітному (TEM) режимі й підтримують частоти в межах проектних обмежень та від постійного струму. Вони широко використовуються в базових станціях сотового зв’язку з діапазоном частот від 400 МГц до приблизно 6 ГГц, забезпечуючи гарну продуктивність та розумні габарити. Коаксіальні резонансні фільтри з добротністю резонаторів до 3000 застосовуються для виділення вузькосмугових каналів у застосуваннях 5G у під-6 ГГц діапазоні. Ця властивість високочастотного пропускання є вбудовано високою й робить такі фільтри ідеальними для частот понад приблизно 4 ГГц. У діапазоні міліметрових хвиль, де нижньою межею є 30 ГГц, а вищі частоти цього діапазону характеризуються надзвичайно високими втратами та виникненням вищих типів коливань у коаксіальних структурах, практично можливе використання лише хвилеводів. Втрати внесення у хвилевідних фільтрах можуть становити всього 0,15 дБ на частоті 94 ГГц порівняно з 0,47 дБ у коаксіальних аналогів.
Втрати внесення та потужність, що витримує пристрій
Кожен децибел втрати безпосередньо впливає на зону покриття, швидкість передачі даних та вартість експлуатації. Хвилеводні фільтри добре зарекомендовують себе в обох аспектах. Їх порожнисті металеві конструкції не мають діелектричних втрат, а сигнали передаються через повітряні отвори. Вставка втрат у хвилеводах у діапазоні Ku (12–18 ГГц) становить близько 0,15 дБ/м порівняно з 0,67 дБ/м у коаксіальних рішеннях — у 4,5 раза менше. Те саме стосується й роботи з потужністю: хвилеводи типорозміру WR-42 можуть пропускати імпульсну потужність 20 кВт у діапазоні Q — у 400 разів більше, ніж їх коаксіальні аналоги. Коаксіальні фільтри забезпечують хорошу продуктивність у межах свого цільового застосування: фільтри діапазону L високої якості мають втрати внесення менше 0,5 дБ. Компроміс полягає у наявності діелектричних матеріалів, які створюють механізми втрат, відсутні у випадку хвилеводів. Ефект поверхневого струму концентрує струм у тонших шарах при вищих частотах, тому важливо забезпечити високу якість покриття.
Фізичні розміри та аспекти інтеграції
Інфраструктура телекомунікацій також потребує компонентів меншого розміру. У цьому випадку коаксіальні фільтри мають значні переваги. Резонатори типу TEM забезпечують чудову роботу, однак їх фізичний об’єм зростає разом із вимогами до коефіцієнта добротності (Q). Нові технології вирішують цю проблему: у фільтрах із діелектричними резонаторами повітряні порожнини замінюються керамічними матеріалами з високою діелектричною проникністю; площа, яку вони займають, може бути зменшена на 50 % без будь-якого впливу на електричні характеристики. Для базових станцій 5G з масивними MIMO-антенами застосовують керамічні діелектричні фільтри. Хвилеводні фільтри завжди мають досить великі габарити — їх розміри прямо пропорційні довжині хвилі. Однак, коли частоти зростають до міліметрового діапазону, де довжина хвилі скорочується до кількох міліметрів, розміри хвилеводів стають дивовижно малими. Технологія інтегрованих у підкладку хвилеводів (SIW) забезпечує конструкції, подібні до хвилеводних, у межах плоских розмірів друкованих плат (PCB), з низькими втратами, компактними габаритами та можливістю інтеграції.
Екологічна стабільність та довготривала надійність
Телекомунікаційна інфраструктура часто розміщується на вулиці протягом десятиліть. Конструкції хвилеводів є високостабільними: повністю металеві конструкції не мають різниці в тепловому розширенні й не випаровують матеріали. Зміна амплітуди у хвилеводах типорозміру WR-15 під час термічного циклювання в діапазоні від −55 °C до +125 °C становить лише −0,008 дБ/°C, тоді як діелектрики з ПТФЕ у коаксіальних структурах стискуються на холоді, що призводить до неузгодження за опором. У глибокому космосі фільтри на основі хвилеводів витримують такі дози радіації, які здатні карбонізувати діелектрики коаксіальних ліній. Щоб досягти подібної стабільності, коаксіальні фільтри потрібно обирати з особливою увагою — використовуючи сплави з низьким коефіцієнтом теплового розширення та діелектричні опори з температурною компенсацією. Герметичне ущільнення захищає від проникнення вологи. Сучасні фільтри для базових станцій 5G забезпечують роботу в діапазоні температур від −40 °C до +85 °C з незначним зсувом резонансної частоти.
Вибір передбачає компроміси між частотою, втратами, фізичними обмеженнями та експлуатаційними вимогами. Коаксіальні фільтри є переважним варіантом у під-6 ГГц діапазоні завдяки меншим габаритам і простоті інтеграції, що є важливішим, ніж збільшені втрати. На частотах близько 10 ГГц і вище застосування хвилеводних фільтрів є необхідним через кращі характеристики втрат, здатність працювати з більшою потужністю та в більш складних експлуатаційних умовах. Оскільки 5G переходить до міліметрового діапазону, а 6G — до ще вищих частот, технології також змінюються: коаксіальні конструкції з новими діелектриками й у мініатюрному виконанні, а також хвилеводні технології на основі SIW («створених у підкладці» хвилеводів) та адитивного виробництва. Компанія Linkworld має понад 20-річний досвід у виробництві РЧ-компонентів за обома цими технологіями й пропонує фільтри, збірні одиниці та проектну експертизу, необхідні для телекомунікаційної інфраструктури. Зв’яжіться з нами щодо ваших конкретних потреб у фільтрах.