EN
Dung lượng là yếu tố then chốt trong các mạng 5G và 6G đang hình thành. Trong điều chế bậc cao, MIMO quy mô lớn và tái sử dụng tần số dày đặc, môi trường tín hiệu cực kỳ sạch là điều bắt buộc. Tuy nhiên, hiện tượng nhiễu giao thoa thụ động (PIM) lại là một trong những đối thủ nguy hiểm nhất làm giảm dung lượng mạng, xuất hiện trong các thành phần thụ động. Nhiễu tín hiệu do sự hiện diện của nhiều sóng mang công suất cao tác động lên các đặc tính phi tuyến của đầu nối, cáp hoặc linh kiện sẽ làm tăng mức nhiễu nền và suy giảm hiệu năng. Cơ sở hạ tầng quan trọng đối với các mạng có dung lượng cao chính là các linh kiện có chỉ số PIM thấp. Chúng tôi có hơn 20 năm Rf kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế và sản xuất các linh kiện vi ba thụ động với hiệu năng PIM thấp được đảm bảo. Tài liệu hướng dẫn này trình bày 4 khía cạnh then chốt khi lựa chọn các linh kiện có chỉ số PIM thấp.
Hiểu rõ về PIM và tác động của nó đến dung lượng mạng
Đây là nơi các mối nối phi tuyến kết thúc hai hoặc nhiều sóng mang công suất cao và trộn tần số của chúng để tạo ra các sản phẩm giao thoa (intermodulation products), có thể rơi vào dải tần nhận. Khi các tần số gần nhau, các sản phẩm bậc ba xuất hiện trên cùng một dải tần với tín hiệu nhận khi tồn tại một mối nối phi tuyến giữa hai tần số ghép nối. Mặc dù mức công suất ở -153 dBc chỉ bằng 5×10⁻¹⁶ công suất sóng mang, nhưng các tín hiệu nhận được lại rất yếu; do đó, mức nhiễu tưởng chừng không đáng kể này làm tăng quá mức nền nhiễu (noise floor), khiến hiệu năng hoạt động bị suy giảm nghiêm trọng. Ảnh hưởng do dung kháng (Capacity effect): so sánh khả năng truyền tải trong điều kiện biên và điều kiện tối đa sẽ cho thấy mức tăng dung lượng lên đến 30% tại các trạm có lưu lượng cao khi sử dụng cấu hình MIMO 4x4 với nhiễu do giao thoa phi tuyến (PIM) được giữ dưới -160 dBc. Mỗi mức cải thiện 1 dB về PIM giúp đơn giản hóa việc nâng cao thứ tự điều chế và hiệu suất phổ.
Lựa chọn vật liệu và hệ thống mạ
Việc lựa chọn vật liệu là yếu tố then chốt để đạt hiệu suất thấp về PIM. Các vật liệu ferromagnetic — như sắt, niken và coban — cần được loại bỏ hoàn toàn trên đường dẫn tín hiệu vì đây là những yếu tố chính gây ra PIM. Vật liệu nền dùng cho vỏ ngoài, đầu nối và vỏ bọc có thể được chế tạo từ vật liệu có độ dẫn điện cao như đồng thau hoặc đồng, nhưng cũng cần áp dụng các hệ thống mạ. Lớp mạ ba kim loại (đồng, niken, sau đó là bạc hoặc vàng) vừa đảm bảo tính dẫn điện vừa cung cấp khả năng bảo vệ môi trường, thường được sử dụng trong các linh kiện cao cấp. Mối quan hệ giữa chất lượng lớp mạ và PIM rất mạnh: cụ thể, lớp mạ vàng trên niken đủ dày kết hợp với kiểm soát mô-men xoắn giúp giảm PIM tới 15 dB so với các thiết kế truyền thống. Chất lượng bề mặt: Vấn đề về chất lượng bề mặt mang tính vi mô — độ sâu lớp da (skin depth) ở dải tần W nhỏ hơn 0,2 μm, điều này có nghĩa là các khuyết tật mạng tinh thể trực tiếp chi phối đặc tính tạo sóng hài bậc cao (intermodulation). Các linh kiện dành cho ứng dụng vũ trụ phải sử dụng nhôm có độ tinh khiết ≥99,9997% và độ nhám bề mặt Ra ≤0,8 μm.
Thiết kế Bộ nối và Giao diện Nâng cao
Các giao diện kết nối là nguồn phổ biến nhất gây ra hiện tượng PIM. Quá trình vật lý chủ yếu dẫn đến sự hình thành PIM là sự phi tuyến do tiếp xúc kim loại không hoàn hảo, xuất phát từ các tiếp xúc điện không lý tưởng. Các đầu nối có mức PIM thấp hiện đại khắc phục vấn đề này trên nhiều phương diện. Đầu nối 4.3-10 đã trở thành tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp, được sử dụng rộng rãi cho các trạm gốc macro và hệ thống phân phối tín hiệu (DAS) công suất cao, nhờ vào các giao diện tiếp xúc đối xứng đảm bảo không tồn tại khe hở vi mô dọc theo toàn bộ chu vi — vốn có thể gây ra PIM. Loại khó thực hiện nhất trong số này là các thiết kế khoảng cách điện từ không tiếp xúc (EBG), trong đó PIM được đạt được bằng cách sử dụng các giao diện không tiếp xúc, nhờ đó ức chế sự phi tuyến do tiếp xúc kim loại gây ra và đạt được mức ức chế trung bình vượt quá 20 dB (so với các thiết kế thông thường). Các ống dẫn sóng được lấp đầy điện môi không có bề mặt tiếp xúc và cần được xem xét như một lựa chọn trong những tình huống yêu cầu tiêu chuẩn PIM rất cao.
Tích hợp và Kiểm thử ở Cấp Độ Hệ Thống
Không phải mức PIM thấp ở cấp độ linh kiện mới đảm bảo hiệu năng hệ thống. PIM cuối cùng bị ảnh hưởng bởi sự tương tác giữa các thành phần và môi trường xung quanh. Mô-men xoắn phù hợp có vai trò cực kỳ quan trọng, bởi vì nếu mô-men xoắn quá lỏng sẽ dẫn đến tiếp xúc bị tách rời, trong khi siết quá chặt lại gây nứt lớp điện môi và biến dạng tiếp xúc. Đối với các đầu nối SMA thông thường, việc siết với mô-men xoắn 8–10 in-lbs sẽ làm giảm PIM tới 15 dB so với các mối nối lỏng lẻo. Cần thực hiện kiểm tra trong điều kiện thực tế — PIM có thể thay đổi ±6 dB khi dung sai lắp ráp thay đổi do mô-men xoắn bu-lông dao động trong khoảng 0,3 Nm. Các thách thức này còn trở nên nghiêm trọng hơn do yếu tố nhiệt: độ nhám bề mặt của các mối nối mạ bạc tăng từ Ra0,3 μm lên Ra1,2 μm sau 2.000 chu kỳ nhiệt, dẫn đến tăng PIM thêm 15 dB. Yêu cầu về khả năng cập nhật liên tục trong nhiều năm đòi hỏi các thành phần phải được thiết kế hướng tới tương lai. Các thành phần hoạt động trong dải tần từ 617 MHz đến 5925 MHz là các thành phần siêu rộng băng (ultra-wideband), cho phép nâng cấp mạng mà không cần thay đổi cơ sở hạ tầng. Cơ sở hạ tầng ngoài trời phải đáp ứng yêu cầu về môi trường và sử dụng các đầu nối có đặc tính PIM thấp, đạt tiêu chuẩn IP67 và kiểu đầu nối 4.3-10.
Các mạng không dây có dung lượng cao dựa trên việc sử dụng các linh kiện có mức PIM thấp. Tất cả những yếu tố này đều ảnh hưởng đến hiệu suất PIM, vốn cuối cùng quyết định dung lượng của mạng, từ độ tinh khiết của vật liệu và mạ chính xác cho đến thiết kế đầu nối tiên tiến cũng như kiểm tra nghiêm ngặt. Việc giảm PIM trở nên quan trọng hơn nữa với sự xuất hiện của công nghệ 5G và sự ra đời của 6G. Linkworld là một nhà sản xuất có hơn hai thập kỷ kinh nghiệm trong lĩnh vực linh kiện RF cũng như kinh nghiệm đáng kể về thiết kế linh kiện có mức PIM thấp, được thể hiện rõ qua các linh kiện thụ động vi sóng đảm bảo độ tin cậy cao trong các triển khai yêu cầu dung lượng lớn. Hãy liên hệ với chúng tôi để trao đổi về các yêu cầu đối với linh kiện có mức PIM thấp.