Блог

Радиожиілікті және телекоммуникациялық жүйелердегі пассивті компоненттердің рөлі

Радиожиілікті және телекоммуникациялық жүйелердегі пассивті компоненттерді түсіну

Пассивті компоненттер радиожиілікті және байланыс жүйелерінің негізгі құрылыс блоктары болып табылады, күшейту немесе белсенді басқару енгізбей-ақ маңызды сигналды өңдеуге мүмкіндік береді. Транзисторлар мен күшейткіштер сияқты белсенді компоненттерге қарама-қарсы, пассивті элементтер, мысалы, резисторлар, конденсаторлар және индуктивті ораулар тек электромагнитті өрістердің әрекеттесуі арқылы жұмыс істейді. Олардың негізгі қызметтеріне кіреді:

• Кедергіні сәйкестендіру : Тізбек сатылары арасындағы қуаттың тиімді тасымалдануын қамтамасыз ету.
• Фильтрлеу : Сигналдың бүтіндігін сақтап тұрып, қажетсіз жиіліктерді блоктау.
• Энергияны сақтау : Уақыт пен тұрақтылық үшін зарядты немесе магниттік энергияны уақытша сақтау.

Бұл компоненттер сигналдың өзгеруін басқаруда маңызды рөл атқарады, әсіресе жоғары жиілікті ортада аз ықтималды түсіру және дәл импедансты сәйкестендіру жүйенің тиімділігін анықтайды.

Телекоммункациялық желілердегі сигналды тарату және біріктіру

Қуат бөлгіштер сияқты пассивті компоненттер бүгінгі телекоммуникациялық желілерде сигналдарды көп антендалы орнатулар мен біз қазір барлық жерде кездестіретін таратылған радиоблоктар арасында тарату барысында өте маңызды рөл атқарады. Радиожиілікті сигнал базалық станцияға түскен кезде, әдетте оны бірнеше әртүрлі жолдарға бөлу қажеттілігі туындайды, сондықтан сигнал барлық антенналар мен кішігірім ұяшықты орнатуларға жетіп, олардың арасындағы уақыттық синхрондауды бұзбайтын болады. Көбінесе инженерлер осы жұмысты бағытты күшейткіштер мен Уилкинсон бөлгіштеріне сеніп тапсырады. Өткен жылы өткізілген сынақтар нәтижесінде 3,5 ГГц жиілік диапазонында жүргізілген өлшеулерге сәйкес, бұл құрылғылар сигналдарды 1:32 қатынасына дейін бөліп, енгізу шығынын 0,5 дБ төменгі деңгейде ұстап тұруға қабілетті. Қазіргі сымсыз инфрақұрылымдағы радиожиілікті жүйелердің жұмыс істеу принципіне назар аударсақ, осындай қарапайым пассивті компоненттер 5G желілерінің сыйымдылығы мен жауап беру уақытына үлкен әсер ететінін көруге болады, себебі олар дәлдікті сәулелерді бүктеу мен тасымалдаушыларды біріктіру технологияларын іске асыруға мүмкіндік береді. Дизайнерлер үшін қиындық қалай қатты осындай компоненттердің қаншалықты қуатты шыдай алатыны мен қаншалықты кішігірім болуы тиіс екенін анықтауда, әсіресе миллиметрлік толқын жиіліктерін пайдаланатын қалалық аудандарда, ондай компоненттер өте аз орынға сыйып тұруы керек.

Қуат бөлгіштер қалай жұмыс істейді: Негізгі қызмет көрсету және негізгі сипаттамалар

Сигнал таратуда қуат бөлгіштердің қызметі

Қуат бөлгіштер негізінен байланыс желілерінде пайдаланылатын пассивті компоненттер болып табылады. Олар келіп түскен радиожиілікті сигналды қабылдап, оны бірнеше шығыс жолдарына бөліп таратады және импедансты тепе-теңдікте ұстайды. Бұл құрылғылардың негізгі міндеті желінің әртүрлі бөліктеріне, қалыңша антенналарға, біз DAS деп атайтын құрылымдарға және базалық станцияларға біркелкі тарату болып табылады. 5G желілерін орнату кезінде техниктер жиі бір 3,5 ГГц сигналын екі немесе төрт бөлек жолға бөлуі керек болады, сондықтан бір уақытта бірнеше аймаққа жеткізе алады. Бұл қызмет көрсетушілерге қосымша кедергілер туғызбай қамту аймағын кеңейтуге көмектеседі.

Байланыс қолданбаларында қуат бөлгіштер мен біріктіргіштердің салыстыруы

Адамдар оларды шатастырып жіберуі мүмкін, бірақ қуат бөлгіштер мен біріктіргіштер шын мәнінде қарама-қарсы әрекеттер орындайды. Бөлгіштер бір жерден келіп түскен сигналды бір уақытта бірнеше әртүрлі нүктелерге жібереді. Ал біріктіргіштер керісінше жұмыс істейді, бірнеше көзінен келіп түскен сигналдарды бір ғана шығыс жолына біріктіреді. Кейбір бөлгіш модельдері екі жақты бағытта жұмыс істей алатын болғандықтан, қажет болса комбинатор ретінде те пайдалануға болады. Мысалы, гибридті түйістіргіштер – бұл құрылғылар екі транслятордан келіп түскен сигналдарды бір ғана антенна қосылу нүктесінде біріктіруге мүмкіндік береді. Бұл жерде ең маңыздысы – әр сигналдың бір-бірінен оқшау болып қалуы. Бұл ерекше маңызды, өйткені үлкен қалаларда сияқты сымсыз сигналдар бір-біріне жанасып қалуы мүмкін, әйтпесе барлық сигналдар бір-біріне кедергі келтіре бастайды.

Негізгі өнімділік көрсеткіштері: Бөлу қатынасы, Түсіру шығыны және Оқшаулау

Үш көрсеткіш бөлгіштің өнімділігін анықтайды:

• Бөлінген нисба : Шығыс бөлуін сипаттайды (мысалы, тең бөлуге 1:2).
• Енгізудің жоғалуы : Құрылғы арқылы сигналдың қуаты төмендеуі, жоғары сапалы үлгілерде әдетте 0,1–3 дБ құрайды. Салалық зерттеулер желі энергия тиімділігін 12–18% арттыратынын көрсетті (Ponemon Institute, 2023).
• Оқшаулау : Шығыс порттары арасындағы сигналдың құйылуын болдырмау, көп жолақты жүйелерде кедергіні болдырмау үшін жоғары сапалы үлгілерде 20 дБ-ден асатын мәндер.

Бұл параметрлер, әсіресе mmWave 5G жүйелерінде, онда сигналдың бүтіндігі ең маңызды болып табылады, желінің сенімділігіне тікелей әсер етеді.

RF қуат бөлгіштердің түрлері мен жобалау артықшылықтары мен кемшіліктері

RF қуат бөлгіштер – бұл телекоммуникациялық жүйелерде сигналдың бүтіндігін басқару үшін қажетті пассив компоненттер, олардың өнімділігі тікелей жобалау шешімдеріне байланысты. Төменде олардың негізгі әртүрліліктерін, техникалық артықшылықтары мен кемшіліктерін және жұмыс әсерін қарастырайық.

Қуат бөлгіштердің кең тараған түрлері: Уилкинсон, бағытты және резистивті

Үш негізгі RF қуат бөлгіш архитектуралары әртүрлі рөл атқарады:

• Уилкинсон бөлгіштері жоғары жиілікті қолданыстар үшін, мысалы, 5G антенналық массивтерде, порттың бөлінуін сақтай отырып, сигналдарды бөлу үшін ширатқыш толқынды трансформаторларды пайдаланыңыз. RF жүйелері туралы 2024 жылғы зерттеу олардың төменгі енгізу шығынын (әдетте <0,3 дБ) және 100 Вт дейінгі қуат деңгейлерін өңдеуге қабілеттілігін атап көрсетеді.
• Бағытты бөлгіштер жиілік-сезгіш сигналдық жолақтар үшін жалғанған тарату желілерін пайдаланады, жиілікті бөлу дуплексерлеуде жиі қолданылады.
• Кедергілі бөлгіштер кең жолақтылық пен шағын өлшемдерге ие, бірақ бөлінуін (әдетте <20 дБ) жоғалтады, оларды төмен қуатты сынақ құралдарында ғана қолдануға шектейді.

Енгізу шығыны мен бөліну: желілік тиімділікке әсері

Сауда бөлгіштеріндегі енгізу шығыны (2–3 дБ) тікелей желілік өткізу қабілетін азайтады, ал жеткіліксіз бөліну (>5G үшін 30 дБ мақсаты) порттар арасындағы сигналдың құйылуына әкеліп соғады. Мысалы, 64T64R үлкен MIMO массивіндегі 1 дБ шығын жасалған сынақтар нәтижесінде ұялы шетінің өткізу қабілетін 15–20% төмендетуі мүмкін.

Дизайндағы компромисстер: шағын өлшем мен жоғары бөліну мен қуат өңдеуі

Кіші соттар үшін сплиттерлерді кішірейтіп жасау көбінесе инженерлердің 10–15% төмендеген қуатты шыдай алмауына немесе 5–8 дБ төмендеген бөгетке шыдамдылыққа мәжбүр етеді. GaN-on-SiC сияқты жетілдірілген подложкалар осындай шығындарды азайтуға көмектеседі, соның арқасында соңғы ммтолқындық орналастыруларда 2,4 ГГц өнімділігін бұзбай Уилкинсон сплиттерлерін 40% кіші жасау мүмкіндігі туады.

5G және Қазіргі Уақыттағы Сымсыз Инфрақұрылымдардағы Қуат Сплиттерлерінің Қолданылуы

5G базалық станциялары мен кіші соттардағы қуат сплиттерлері

Күш бөлгіштер 5G жүйесінің негізгі бөліктерінің бірі болып табылады, қазір барлық жерде кездесетін үлкен MIMO антенналық жүйелерде сигналдарды дұрыс таратуға көмектеседі. Қазіргі кезде көпшілік базалық станциялар жоғары жиілікті сигналдарды шамамен 64 немесе тіпті 128 антенна нүктелеріне біркелкі тарату үшін осы бөлгіштерге сүйенеді. Бұл аумақ бойынша жабынын біркелкі сақтауға және сәулелерді дәл қажетті бағытта бағыттауға көмектеседі. Тығыз қалаларда орнатылған кішігірім ұяшықтар үшін осындай бөлгіштердің компакт нұсқалары ерекше маңызды болып табылады. Бұлар сигнал жоғалту мәселелерін азайтады және көп орын алмайтын жерлерге, мысалы, көше шамдарының үстіне немесе ғимараттардың қабырғаларына орнатуға мүмкіндік береді, бұл жерлерде барлығын дайындауға тырысатын байланыс жұмысшылары үшін кеңістік жетіспейді.

MmWave 5G желілерінде шынайы әлемдегі орналасу

24 ГГц-тан жоғары миллиметрлік толқын жиіліктері атмосфераға жұтылуы және кедергілердің айналасында дұрыс дифракцияланбауы сияқты таралу мәселелерімен күреседі. Бұл жоғары жиілікті диапазондар үшін инженерлер сигналды азайтуды азайту үшін сигналдарды бөлетін құрылғыларға жүгінеді, себебі олар шын мәнінде сәулелерін қажетті жерге бағыттай алатын фазалық антенналар үшін сигналдарды бөледі. Мысалы, 28 ГГц-тық 5G базалық станциясын алайық. Бұлар, ереже бойынша, 20 дБ топсалануды қамтамасыз ететін және 0,3 дБ төменгі түсу шығындарын сақтайтын Wilkinson қуат бөлгіштеріне сүйенеді. Бұл жүйе 200 метрге дейінгі арақашықтықты қамту кезінде дерлік жақсы деректердің жылдамдығын сақтауға мүмкіндік береді, әйтеуір миллиметрлік толқындардың көпшілік жағдайда әлі де түзу көру желісіне қажеттілігі бар екені бәріне белгілі.

Жоғары жиілікті байланыс жүйелеріндегі сигналды басқару қиындықтары

Жоғары жиілікті 5G жүйелері үшін қуат бөлгіштер тербеліс шарттарын өте қатаң ұстап, импеданстың сәйкессіздігінен құтылу үшін кері шығынды -15 дБ төмен ұстап тұруы керек. 39 ГГц жиіліктерде жұмыс істеген кезде шығыс сигналдары арасындағы 5 градустан төмен фазалық айырмашылықтар шын мәнінде сәуле суреттерін бұзып жіберуі мүмкін. Понмонның 2023 жылғы зерттеуіне сәйкес, мұндай бұрмалау желілік сыйымдылықты 30-40 пайызға дейін азайтады. Қазіргі ең жақсы жобалар температура компенсациясы бар материалдар мен алтын жабылған түйіспелерді қоса бастады. Бұл компоненттер жыл сайын температура 50 градустан артық тербелетін көптеген орындарда жұмыстың дұрыс жүруіне көмектеседі.

Осы техникалық кедергілерді шешу арқылы қуат бөлгіштер жобаланып отырған 10 Гб/с жылдамдық пен суб-1 мс кешіктіру талаптарына сәйкес 5G инфрақұрылымын кеңейту үшін қажетті болып табылады.

Болашақтағы даму бағыттары: IPD және миниатюра модульдерде қуат бөлгіштерді интеграциялау

Интегралды пассивті құрылғылар (IPD): Нарықтың өсуі және байланыс қолданбалары

Байланыс компаниялары жылдам әрі тиімді желілік орнатымдарға өтуде, сондықтан қазіргі кезде интегралды пассивті құрылғылар (IPD) кең тарай бастады. Бұл кішігірім жартылай өткізгіш модульдер бір пластинаға қуат бөлгіштер, сүзгілер мен байланыс құрылғыларын біріктіріп орналастырады. Нәтижесінде базалық станциялар бұрынғыдан 40-60 пайызға дейін аз компоненттерге ие болады, сонымен қатар олар салқындау жұмыс істейді. Алдағы уақытта 5G желісінің ел бойы таратылуына байланысты нарықтық сарапшылар 2028 жылға дейін байланыс саласындағы IPD-ге деген сұраныстың жыл сайын шамамен 19 пайызға өсетінін болжамдауда. Осы бағыттағы негізгі қозғалтқыш күш ретінде радиожиілікті модульдердің алдыңғы құрылымдарын миниатюра жасау табылады.

Қуат бөлгіштер ретінде күрделі RF модульдерде орналасқан компоненттер

Басымды өндірушілер қазір қуат бөлгіштерді тікелей галлий нитриді (GaN) арналған RF күшейткіштеріне енгізіп жатыр, бұл дискретті орнатуларға қарағанда PCB кеңістігін 30% азайтатын екі функционалды модульдерді құруға мүмкіндік береді. Бұл бірге жобалау әдісі ммтолқын жиіліктерінде импедансты сәйкестендіруді жақсартады және 28 ГГц фазалық антенналар жүйесінде енгізу шығындарын 0,8–1,2 дБ-ға азайтады.

IPD-негізделген жобаларда миниатюризация мен өнімділікті теңгеру

IPD-лер 5G желілері үшін ажыратылуының (-25 дБ дейін) және 2,5 мм²-ден кіші пакеттер өлшемдерінің арасындағы тауар айырбастау тұрғысынан жобалаушылар кеңістікті үнемдеуге мүмкіндік береді. Жұқа қабатты конденсаторларды интеграциялау мен субстрат арқылы экранирлеу бойынша соңғы жетістіктер сериялық өндірістегі IPD қуат бөлгіштерде 39 ГГц жиілікте -32 дБ дейінгі ажыратылу метрикаларын жеткізді.

Жиі қойылатын сұрақтар

RF және телекоммуникациялық жүйелердегі пассивті компоненттер дегеніміз не?

Пассивті компоненттер RF және телекоммуникациялық жүйелердегі негізгі құрылыс блоктары болып табылады, онда резисторлар, конденсаторлар және индуктивтіліктер сияқты элементтер кіреді. Олар күшейтуді немесе белсенді басқаруды енгізбей-ақ кедергілерді сәйкестендіру, сүзгілеу және энергияны сақтау сияқты маңызды қызметтерді атқарады.

Телекоммуникациялық желілерде қуат бөлгіштер қалай жұмыс істейді?

Қуат бөлгіштері келіп түскен радиожиілікті сигналды кедергілерді теңестіре отырып, бірнеше шығыс жолдарына бөлу үшін қолданылады. Олар 5G жүйелерінде соның ішінде телекоммуникациялық желілерде сигналдарды тең бөлу үшін маңызды рөл атқарады.

Қуат бөлгіштер мен біріктіргіштердің айырмашылығы неде?

Қуат бөлгіштері жалғыз кіріс сигналын бірнеше жолдарға бөледі, ал біріктіргіштер бірнеше көзден келіп түскен сигналдарды бір шығыс жолына біріктіреді. Кейбір құрылғылар, мысалы, гибридті түйіндестіргіштер екі қызметті де атқара алады.

RF қуат бөлгіштерінде түсіру шығыны неліктен маңызды?

Таратқыш арқылы өткен кезде сигнал қуатының азаюы тарату шығыны деп аталады. Тарату шығындарының төмендеуі желінің энергетикалық тиімділігі мен жоғары жиілікті қолданбаларда жүйенің өнімділігін арттырады.

Болашақтағы қандай тенденциялар RF қуат таратқышын жобалауға әсер етеді?

Таратқыштарды шағын модульдер мен IPD-ге енгізу – бұл маңызды тенденция, ол байланыс жүйелеріндегі қажетті компоненттер санын азайтып, тиімділікті арттырады.