Εξοπλισμός ασύρματης δικτύωσης επόμενης γενιάς — ραδιοφωνικές συσκευές 5G massive MIMO, σημεία πρόσβασης Wi-Fi 6E/7, ιδιωτικά δίκτυα 5G, τερματικά χρηστών δορυφόρων και πύλες βιομηχανικού IoT — ωθεί τον σχεδιασμό μπροστινού κυκλώματος RF σε μια γωνία όπου το εύρος ζώνης, η απόδοση και ο φυσικός όγκος κινούνται προς τη λάθος κατεύθυνση ταυτόχρονα. Τα κανάλια είναι ευρύτερα, οι συστοιχίες κεραιών είναι πυκνότερες, τα περιβλήματα είναι μικρότερα και ο θερμικός προϋπολογισμός είναι λεπτότερος.

Jieying Communication Technology (Shenzhen) Co., Ltd. υποστηρίζει ομάδες υλικού OEM και ODM σε αυτήν τη μετάβαση από το 2018. Ως κατασκευαστής αφιερωμένος στην έρευνα, ανάπτυξη, παραγωγή και πωλήσεις εξαρτημάτων μικροκυμάτων RF και μαγνητικών εξαρτημάτων — με περίπου 200 έως 230 υπαλλήλους και 70% έως 80% της παραγωγής να εξάγεται — βλέπουμε τις ίδιες ερωτήσεις από προγραμματιστές σταθμών βάσης, μονάδων και βιομηχανικών ραδιοφώνων παγκοσμίως.

Η νέα πραγματικότητα του σχεδιασμού RF

Τρεις πιέσεις συγκλίνουν σε κάθε νέα πλατφόρμα:

• Ευρύτερο στιγμιαίο εύρος ζώνης. Η συγκέντρωση φορέων και η λειτουργία πολλαπλών ζωνών σημαίνουν ότι μια ενιαία αλυσίδα σήματος πρέπει να παραμένει γραμμική και χαμηλής απώλειας σε εκατοντάδες megahertz, όχι σε μια στενή φέτα φάσματος.
• Υψηλότερη πυκνότητα ενσωμάτωσης. Ο αριθμός των κεραιών αυξάνεται ενώ η περιοχή της πλακέτας μειώνεται, οπότε κάθε χιλιοστό όγκου φίλτρου, ζεύκτη και διαχωριστή διεκδικείται.
• Αυστηρότερες συνθήκες λειτουργίας. Τα εξωτερικά μικροκύτταρα και οι βιομηχανικές πύλες πρέπει να επιβιώνουν από διακυμάνσεις θερμοκρασίας, δονήσεις και υγρασία χωρίς να αποκλίνουν από τις προδιαγραφές στο πεδίο.

Πέντε παράγοντες που καθορίζουν τον σχεδιασμό

1. Αντιστοιχίστε την τεχνολογία φίλτρου με την απαίτηση

Το φίλτρο είναι συνήθως το πρώτο εξάρτημα που συμβιβάζει έναν προϋπολογισμό σύνδεσης, και η επιλογή της λανθασμένης τοπολογίας κοστίζει απώλεια εισαγωγής που δεν μπορείτε να ανακτήσετε αργότερα στην αλυσίδα. Μια πρακτική αντιστοίχιση:

2. Η απώλεια εισαγωγής και η επιλεκτικότητα δεν είναι ποτέ δωρεάν

Κάθε επιπλέον συντονιστής που οξύνει μια φούστα απόρριψης προσθέτει απώλεια στη ζώνη διέλευσης. Σε μια συστοιχία massive MIMO, η ποινή πολλαπλασιάζεται με τον αριθμό των αλυσίδων, οπότε ο στόχος σχεδιασμού πρέπει να είναι η ελάχιστη απόρριψη που ικανοποιεί τη συνύπαρξη και τη ρυθμιστική μάσκα — όχι η πιο απότομη καμπύλη που μπορεί να προσφέρει ένα φύλλο δεδομένων. Η προδιαγραφή της απόρριψης στις πραγματικές συχνότητες παρεμβολών, αντί για μια αυθαίρετη μετατόπιση, συχνά αφαιρεί ένα ή δύο στάδια από τον κατάλογο υλικών.

3. Αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης, Baluns και Μετασχηματιστές

Οι διαφορικοί ενισχυτές ισχύος, τα στάδια push-pull και οι ισορροπημένοι μίκτες χρειάζονται μια καθαρή μετάβαση από μονομερή 50 Ω σε μια ισορροπημένη διεπαφή. Η επιλογή μεταξύ ενός ευρυζωνικού μετασχηματιστή RF, ενός συμπαγούς μετασχηματιστή LTCC ή ενός μετασχηματιστή διαύλου εξαρτάται από το εύρος ζώνης, την απομόνωση DC και την απαιτούμενη αναλογία σύνθετης αντίστασης. Οι baluns χαμηλής απώλειας και οι μετασχηματιστές αντιστοίχισης που τοποθετούνται κοντά στην ενεργή συσκευή διατηρούν στενή την ισορροπία πλάτους και φάσης, προστατεύοντας το σφάλμα διανύσματος σε ευρυζωνική διαμόρφωση.

4. Διαχείριση ισχύος, VSWR και θερμική συμπεριφορά

Η υψηλότερη ισχύς εξόδου σε μικρότερα περιβλήματα μετατρέπει τη διαχείριση ισχύος σε θερμικό ζήτημα. Τα φίλτρα κοιλότητας και διηλεκτρικά ανέχονται περισσότερη ισχύ προς τα εμπρός, ενώ τα εξαρτήματα LTCC και SAW επιφανειακής στήριξης χρειάζονται προσεκτική μείωση της ισχύος. Οι σχεδιαστές πρέπει να επαληθεύουν την απόδοση στο χειρότερο σενάριο VSWR που μπορεί να παρουσιάσει η κεραία, όχι μόνο σε μια προσαρμοσμένη φορτία, επειδή μια μη προσαρμοσμένη θύρα μπορεί να ανακλά ισχύ που το φίλτρο δεν είχε ποτέ βαθμολογηθεί για να απορροφήσει.

5. Επαναληψιμότητα από πρωτότυπο σε όγκο παραγωγής

Ένας σχεδιασμός που λειτουργεί στο εργαστήριο αλλά αποκλίνει στην παραγωγή είναι το πιο ακριβό αποτέλεσμα. Η επαναληψιμότητα είναι συνάρτηση του ελέγχου της διεργασίας στις διηλεκτρικές σταθερές, το πάχος της επιμετάλλωσης και τις μηχανικές ανοχές. Οι γραμμές μας για φίλτρα RF, διαχωριστές ισχύος, ζεύκτες, πηνία και φερριτικά χάντρες είναι χτισμένες γύρω από την ιχνηλασιμότητα σε επίπεδο παρτίδας, έτσι ώστε η χιλιοστή μονάδα να συμπεριφέρεται όπως η δέκατη.

Μια πρακτική ροή υποστήριξης

1. Επισκόπηση προδιαγραφών: επιβεβαίωση άκρων ζώνης, μάσκας απόρριψης, επιπέδου ισχύος, πακέτου και περιβαλλοντικών στόχων.
2. Τοπολογία και προσομοίωση: επιλογή LC, κοιλότητας, LTCC, διηλεκτρικού, SAW ή λεπτού φιλμ χρησιμοποιώντας τις ανταλλαγές παραπάνω.
3. Γρήγορη πρωτοτυποποίηση: κατασκευή και μέτρηση δειγμάτων αξιολόγησης έναντι της συμφωνημένης μάσκας.
4. Επικύρωση: δοκιμές θερμοκρασίας, ισχύος και μη προσαρμογής πριν από την δέσμευση εργαλείων.
5. Αύξηση όγκου παραγωγής: απελευθέρωση παραγωγής με ιχνηλασιμότητα παρτίδας και προγραμματισμένη επανα-πιστοποίηση.

Συμπέρασμα

Ο σχεδιασμός RF για εξοπλισμό ασύρματης δικτύωσης επόμενης γενιάς αφορά λιγότερο την εύρεση ενός μοναδικού καλύτερου εξαρτήματος και περισσότερο την αντιστοίχιση της τεχνολογίας με την απαίτηση σε κάθε στάδιο της αλυσίδας. Οι ομάδες που αντιμετωπίζουν την επιλογή φίλτρου, την αντιστοίχιση, τη μείωση ισχύος και την επαναληψιμότητα της διεργασίας ως μια ενιαία συνδεδεμένη απόφαση φτάνουν στην παραγωγή όγκου γρηγορότερα, με λιγότερα επανασχεδιασμούς. Εάν η επόμενη πλατφόρμα σας χρειάζεται μια δεύτερη γνώμη για το μπροστινό κύκλωμα RF, η ομάδα μηχανικών μας είναι έτοιμη να αναθεωρήσει την προδιαγραφή σας.