Радиочастотная фильтрация для 5G устройств миллиметровых волн. Часть 3

Процентная полоса пропускания. Где полоса пропускания является шириной полосы пропускания полосового фильтра и выражается как разность частот между нижними и верхними точками 3 дБ, процентная полоса пропускания является общей относительной величиной, которая сравнивает полосу пропускания с частотой носителя. Обычно рассчитывается как 3dBW/(центральная частота). Процентная полоса пропускания видимо будет важным вопросом для 5G mmWave устройств. Одной из желательных характеристик миллиметрового спектра является возможность доступа к большим полосам пропускания (и, следовательно, к увеличению скорости передачи данных). Ограничивать пропускную способность системы радиодоступа из-за доступной технологии фильтрации нежелательно.

Q фактор. Фактор качества (Q) резонатора – это мера селективности резонатора, выражается как отношение накопленной и потерянной энергии за цикл колебаний. Общие потери через резонатор увеличиваются с уменьшением Q фактора и будут увеличиваться еще быстрее с частотой для более низких значений резонатора Q. В результате края полосы пропускания становятся более закругленными, и полоса пропускания сужается при снижении Q.

Селективность – это еще один способ подхода к фактору Q, и измерение способности фильтра проходить или отказывать на определенных частотах относительно центральной частоты фильтра. Селективность обычно определяется как потери через фильтр, которые происходят на некотором определенном расстоянии от центральной частоты. Фильтр с высокой селективностью показывает высокий уклон при переходе от прохода к остановке – селективность критически важна в окружении, где соседние каналы находятся близко друг к другу и высокая селективность дает разработчикам возможность качественно использовать доступную полосу пропускания.

Вносимые потери. Потери мощности сигнала в фильтре. Важно учитывать на стороне Тх, так как мощность является фактором, влияющим на стоимость системы, а на стороне Rx, потому что потери влияют на общий коэффициент шума приемника.

Стабильность температуры. Не часто в спецификациях фильтров указывается, что способность фильтра сохранять свои характеристики (не только центральную частоту, но процентную полосу пропускания и селективность) в зависимости от температуры является важным фактором, который необходимо учитывать в системах, которые хотят эффективно использовать доступную полосу пропускания. В ближайшем будущем mmWave устройства в 5G, такие как FWA, повлекут за собой системы небольшого размера (например, для монтажа на полюсе) в открытых условиях, такие как сегодняшние Малые Ячейки (Small Cells). Такие сценарии развертывания подняли планку, когда это касается способности противостоять как экстремальным температурам, так и колебаниям температуры. Более того, общее уменьшение размеров систем привело к тому, что плотно заселенные платы или тепло с окружающих компонентов могут влиять на стабильность фильтра.

Управление мощностью. Способность фильтра выдерживать большую передаваемую RF мощность – это серьезная проблема для традиционных макро-ячеистых устройств меньше 3 ГГц. В mmWave 5G устройствах передаваемая мощность будет распределяться по индивидуальным элементам в фазированных антенных системах и там, где диапазон передачи на этих частотах уменьшен, фильтрам нет нужды выдерживаться большую мощность.

Тип корпуса и Размер корпуса. Эти факторы касаются того, как фильтр физически исполнен. Содержится ли фильтр в довольно громоздкой соединительной упаковке или он может быть реализован в виде компактного поверхностного монтажа или конфигурации с flip-chip микросхемой? Насколько надежны соединения на миллиметровых частотах – то есть как корпус влияет на объем пост сборочной настройки, которую система должна пройти перед отгрузкой? Размер компонента станет ключевым стимулирующим (или ограничивающим) фактором в практических mmWave разработках. В фазированных антеннах элементы должны быть достаточно близко друг к другу, чтобы избежать образования дифракционных лепестков – и иметь зазор в половину длины волны для mmWave частот, что составляет несколько миллиметров. Итоговый компактный элемент должен найти способ вместить необходимую фильтрацию и, в зависимости от того, где развернута RF фильтрация в архитектуре, зазор для фильтра выйдет на первый план, а компактный корпус станет очень желательным.