EN
Пропускна здатність є головним чинником у нових мережах 5G та 6G. У високорівневій модуляції, масивних MIMO-системах та щільному повторному використанні частот необхідне надзвичайно «чисте» середовище сигналів. Пасивна інтермодуляція (PIM) є одним із найбільш непомітних, але небезпечних ворогів пропускної здатності, що проявляє себе в пасивних компонентах. Перешкоди у вигляді сигналів, спричинені наявністю кількох потужних несучих, які впливають на нелінійності роз’ємів, кабелів або компонентів, підвищують рівень шуму й погіршують експлуатаційні характеристики. Для високопродуктивних мереж критично важливим є інфраструктурне обладнання, що містить компоненти з низьким рівнем PIM. Ми маємо понад 20-річний досвід RF роботи в галузі проектування пасивних мікрохвильових компонентів із гарантованими низькими показниками PIM. У цьому посібнику описано 4 ключових аспекти вибору компонентів з низьким рівнем PIM.
Розуміння PIM та її впливу на пропускну здатність мережі
Це ті місця, де нелінійні вузли припиняють проходження двох або більше потужних несучих сигналів і змішують їхні частоти, утворюючи продукти взаємодії, які можуть потрапляти в смуги прийому. Коли частоти розташовані досить близько одна до одної, продукти третього порядку спостерігаються в тій самій смузі, що й прийманий сигнал, за умови наявності нелінійного вузла між двома зв’язаними частотами. Навіть за умови, що потужність на рівні –153 дБс становить лише 5×10⁻¹⁶ від потужності несучої, прийняті сигнали є надзвичайно слабкими, тож цей, здавалося б, незначний рівень завад піднімає рівень шуму настільки, що забезпечити задовільну роботу системи стає неможливо. Вплив ємності: порівняння ємності в граничному та максимальному випадках показує, що на ділянках з високим трафіком у конфігурації 4×4 MIMO при рівні ПІМ нижче –160 дБс можна отримати збільшення ємності до 30 %. Зниження рівня ПІМ на 1 дБ спрощує підвищення порядку модуляції та спектральної ефективності.
Підбір матеріалів та системи покриття
Вибір матеріалу є критичним для забезпечення низького рівня паразитних міжмодуляційних продуктів (PIM). Феромагнітні матеріали — залізо, нікель, кобальт — повинні бути повністю виключені з шляху проходження сигналу, оскільки саме вони є основними джерелами PIM. Основний матеріал корпусу, а також з’єднувачів і корпусів може бути виготовлений із матеріалів з високою електропровідністю, наприклад латуні чи міді, однак також необхідні системи покриття. Для високоякісних компонентів застосовується тришарове провідне покриття з екологічним захистом (мідь, нікель, а потім срібло або золото). Зв’язок між якістю покриття та рівнем PIM є надзвичайно сильним: достатній шар золота поверх нікелю разом із контролем моменту затягування дозволяє знизити рівень PIM на 15 дБ порівняно з традиційними конструкціями. Якість поверхні: Проблема якості поверхні має мікроскопічний характер — глибина скин-шару у W-діапазоні менша за 0,2 мкм, що означає: дефекти кристалічної решітки безпосередньо визначають властивості міжмодуляції. Компоненти космічного класу повинні виготовлятися з алюмінію чистотою не нижче 99,9997 % і шорсткістю поверхні Ra ≤ 0,8 мкм.
Покращений дизайн з’єднувачів та інтерфейсів
Інтерфейси з’єднувачів є найпоширенішою причиною паразитних вставних модуляцій (PIM). Основним фізичним процесом, що призводить до виникнення PIM, є нелінійність металевого контакту, спричинена неідеальним електричним контактом. Сучасні з’єднувачі з низьким рівнем PIM усувають цю проблему кількома способами. З’єднувачі типу 4.3–10 стали промисловим стандартом як з’єднувачі для макроклітин та високопотужних систем розподілу сигналів (DAS), оскільки їх симетричні контактні інтерфейси забезпечують відсутність мікрозазорів по всьому колу, що могли б спричиняти PIM. Найскладнішими серед них є конструкції електромагнітних зон заборони (EBG) без контакту, у яких PIM досягається за рахунок неконтактних інтерфейсів, оскільки нелінійність, зумовлена металевим контактом, пригнічується, а середнє пригнічення становить понад 20 дБ (порівняно з традиційними конструкціями). Хвилеводи з діелектричним заповнювачем не мають контактних поверхонь і повинні розглядатися як варіант у ситуаціях, де пред’являються надзвичайно високі вимоги до рівня PIM.
Інтеграція та тестування на рівні системи
Системна продуктивність забезпечується не низьким рівнем PIM на рівні окремих компонентів. Остаточний рівень PIM залежить від взаємодії елементів між собою та з навколишнім середовищем. Правильне затягування з моментом є надзвичайно важливим, оскільки недостатнє затягування призводить до втрати контакту, а надмірне — до утворення діелектричних тріщин і деформації контактів. У разі звичайних SMA-роз’ємів момент затягування 8–10 дюйм-фунтів знижує рівень PIM до 15 дБ порівняно з незатягнутими з’єднаннями. Необхідне тестування в реальних умовах експлуатації — рівень PIM може змінюватися на ±6 дБ, якщо допуски збірки передбачають різні значення моменту затягування болтів у межах 0,3 Н·м. Теплові чинники ще більше ускладнюють ситуацію: шорсткість поверхні срібляних з’єднань зростає від Ra0,3 мкм до Ra1,2 мкм після 2000 теплових циклів, що призводить до підвищення рівня PIM на 15 дБ. Вимога залишатися актуальними протягом років вимагає, щоб елементи були «майбутньо-стійкими». Компоненти, що працюють у діапазоні від 617 МГц до 5925 МГц, є ультраширокосмуговими й дозволяють модернізувати мережу без заміни інфраструктури. Зовнішня інфраструктура повинна бути стійкою до впливу навколишнього середовища й мати низькопімні закінчення зі ступенем захисту IP67 та роз’ємами типу 4.3-10.
Бездротові мережі з високою пропускною здатністю базуються на використанні компонентів із низьким рівнем паразитних перетворень (PIM). Усе це впливає на показники PIM, що, у кінцевому підсумку, визначає пропускну здатність мереж, оскільки мають значення чистота матеріалів, точність покриття, передовий дизайн з’єднувачів та суворі випробування. Зниження рівня PIM стає ще більш значущим із появою 5G та розвитком 6G. Linkworld — це виробник, який має понад двадцятирічний досвід роботи з РЧ-компонентами, а також значний досвід у проектуванні компонентів із низьким рівнем PIM, що застосовується у надійних мікрохвильових пасивних компонентах для розгортання мереж з високою пропускною здатністю. Зв’яжіться з нами та обговоріть вимоги до компонентів із низьким рівнем PIM.