Table of Contents

فهم تحدي نزاهة الإشارة في 5 شبكات

ويأتي النشر السريع لشبكات الترددات الخمسية مطالب غير مسبوقة على تصميم الترددات الأمامية للأجهزة اللاسلكية، فمع تجميع الناقلات، والاشتراك في الطيف على نطاق واسع، تزداد البيئة القائمة على الترددات المتوسطة ازدحاما، وتُعرَّف سلامة الإشارات بأنها قدرة الإشارة على السفر من جهاز الإرسال إلى جهاز استقبال دون تردي، وتهددها التداخل والضوعية، وتتسبب معدلات البيانات في انخفاض أقل من 10 غيغاوات.

ومن أكثر الأدوات فعالية للحفاظ على سلامة الإشارة، جهاز تصفية مرور النطاقات ]، وهذه المكونات تعزل قنوات التردد المرغوبة مع تكثيف الانبعاثات والتدخلات خارج النطاقات، والمرشحات المصممة والمتكاملة لطرق المرور ضرورية لتشغيل الهياكل الأساسية لخمسة جيات في ذروتها النظرية.

ما هي لوحة التصاريح؟

ويسمح مرشح مرور الفرقة بإشارات في نطاق الترددات المحددة - مرورها - مروراً بالحد الأدنى من التكثيف، بينما تُقمع الإشارات خارج نطاق التوقف - بشكل حاد.

  • Center frequency (f0)] - the midpoint of the passband.
  • Bandwidth] - نطاق الترددات التي تمر في إطار تخفيف معين (عادة 3 د.ب).
  • Insertion loss] - the power lost when a signal passes through the filter, critical for link budget.
  • عامل الجودة (Q) ] - نسبة التردد المركزي إلى عرض النطاق الترددي؛ عالية Q تعني تصفية ضيقة وحادة.
  • Rejection] - كمية التخفيف في النطاق الترددي، مقاسة في dB.

وفي البنية التحتية لخمسة جيات، يجب أن تُعالج أجهزة الترشيح مستويات عالية من الطاقة (لا سيما في محطات القاعدة)، وأن تعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة، وأن تحافظ على تسامح شديد في أحجام الإنتاج، وتتوقف الأنواع المحددة من المرشّحات المستخدمة على نطاق الترددات والتطبيقات.

دور تصاريح المرور في 5G

٥ زاي - تعمل شبكات من الترددات الرئيسية على نطاقين: التردد ١: ٤١٠ ميغاهيرتز - ٧,١٢٥ غيغاهيرتز وراكز التردد ٢ )FR2: ٢٤,٢٥ غيغاهيرتز - ٢٥,٦ غيغاهرتز( وفي كل نطاق، تخصص عدة سلاسل على الصعيد العالمي، وكثيرا ما تكون فيها خطوط حراسة ضيقة للخدمات المتاخمة، ويمكن أن تتسبب الإشارات الضعيفة في تدخل في القنوات المشتركة، وفي تشويه الموارد.

يسهم تصفية مرور الفرق الفعالة في سلامة الإشارة من خلال:

  • Eliminating out-of-band emissions from power amplifiers — such emissions can interfere with nearby bands, violating regulatory limits.
  • Protecting receivers from blocker signals — strong signals from other bands (e.g., LTE, Wi‐Fi) can saturate the low-noise amplifier (LNA) if not filtered.
  • Enabling carrier aggregation - عندما تجمع ناقلات متعددة، تكفل أجهزة التصفية بقاء كل مسار من مسارات الناقلين معزولة لتجنب التطهير عبر القارة.
  • Supporting full-duplex communications] - in advanced systems where transmit and receive concur, filters must provide high isolation to prevent transmitter noise from desensitizing the receiver.

وبدون تصفية عالية الأداء، ستعاني شبكات من 5G من ارتفاع معدلات الخطأ، وانخفاض القدرة، وتقويض نوعية الخدمة - لا سيما في عمليات النشر الكثيفة في المناطق الحضرية حيث توجد إشارات كثيرة.

اعتبارات التصميم لخمسة غيلدرات

تواتر الانتقائية وبدء التشغيل

٥ زاي - كثيرا ما تكون لمخصصات الترددات فرق الحراسة ضيقة جدا - أحيانا فقط بضعة ميغاهرتز بين الخدمات المتاخمة، مثلا، أن النطاق الترددي )٣,٣-٨ غيغاهرتز( يستخدم على نطاق واسع في أوروبا وآسيا ويجلس بجوار الاتصالات الساتلية والعسكرية، ويجب أن يظهر المصورون اندفاعا حادا من سرعة الترددات إلى التوقف، مما يتطلب عادة عاملا )مواد من طراز غلوبات التردد في ٣ باء إلى ٦٠ رافا( دون الرفض.

فقدان الحد الأدنى

وكل خسارة في الإضافة تؤدي إلى تخفيض ميزانية الوصلة بصورة مباشرة، ففي صفائف ضخمة من هذه المنظمة تضم 64 أو 128 عنصرا من عناصر الهوائيات، يمكن أن تؤدي الخسائر التراكمية من المرشّحات والمفاتيح وغيرها من العناصر الأمامية إلى تخفيف حدة الشلل، ويسعى المصممون إلى الحصول على تصفية دون سداسي في نطاق السر، ولا سيما في مسار جهاز الاستقبال، مما يتطلب اختيارا دقيقا للمواد (مثلا، الاختلالات الميكانيكية).

معالجة السلطة وضبطها

وقد تنتج أجهزة إرسال محطات قاعدية عشرات من الخاطين لكل قناة، ويجب أن تُعالج المصورات ارتفاع معدلات القوة إلى المتوسط من إشارات نظام إدارة المعلومات الإدارية المتكامل دون توليد منتجات كبيرة من المواد المضغية، ويمكن أن يؤدي سوء التسلسل إلى انبعاثات جديدة تنبعث من نطاقات أخرى، وعادة ما يكون للمرشحين الصوتيين مناولة جيدة للطاقة، ولكن أجهزة تحديد الموجات والمرشحات المائية كثيرا ما تُفضل على أعلى مستويات الطاقة.

درجة الحرارة والقابلية للتأثر بالبيئة

وتعاني معدات محطات الأساس الخارجية من تقلبات في درجات الحرارة من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. ويمكن أن ترتفع درجة الحرارة في الوسط من مرشحات الصوتيات بسبب تغيرات في الشدة المادية.() وتشتمل جميع مرشحات المساعدة التي تعوض عن الحرارة على تقنيات للتعويض عن درجة الحرارة (مثلاً، أجهزة التكسير أو استخدام طبقات ذات معامل حرارة منخفضة) لإبقاء الرش مستقراً.

تقلص عدد المعدات المستخدمة

أما الهواتف المحمولة وغيرها من معدات المستخدمين فتكون مساحة محدودة للغاية من اللوحات، وقد تحتاج 5 جي أي من أجهزة الاتصال إلى مرشحات لمجموعات متعددة (LTE، وشبه 6 GHz 5G، وWave) فضلاً عن موانئ الهوائي المتعددة، ويجب أن تكون أجهزة التصفير صغيرة جداً في أحجام صغيرة تصل إلى 1.1 ملم × 0.9 ملم مع الحفاظ على أداء رفيع المستوى.

أنواع ملفات بطاقات السفر بالضمانات المستخدمة في 5 جي

صواعق الواح الصوتية السطحية

(ج) أن تتحول مرشحات السوائب إلى موجات صوتية على مركب فرعي من نوع الفكاز (تنتاليت الليثيوم أو نوبات الليثيوم) وهي فعالة من حيث التكلفة وتستخدم على نطاق واسع في الترددات حتى نحو 2.5 غيرتز، وفي 5 جيغا، لا تزال مرشحات الترددات غير المتجانسة شائعة في إطار الترددات المنخفضة (أي 2.571 نانوغرام) و(41)

قاذفات الأورام الصوتية

وتُستخدم مرشحات BAW بتوليد موجات صوتية تُنشر عمودياً من خلال حمراء رقيقة، وتوفر مناولة أعلى من الطاقة من SAW. وتُصدر في الترددات من 1.5 غيغاهيرتز إلى 6 غيغاهيرتز، وتغطي معظم النطاقات 5G.

أفلام السيراميين و كافتي

أما بالنسبة لتطبيقات محطات الأساس التي تتطلب مناولة عالية للطاقة وتدني الخسائر، فإن أجهزة التجميل السماوية ومرشحات التجويف تستخدم، لا سيما في نطاق يتراوح بين ٣ و٦ جيهرتز، ويمكن أن تُستخدم آلياً وأن تعرض انتقائية ممتازة، غير أنها تُستخدم بالجملة مقارنة بالمرشحات الصوتية، مما يحد من استخدامها في الزنازين الكلية بدلاً من خلايا أو أيدي صغيرة.

موافيغيدي وديليكتريل

وفي مليمترات واف (24-52 GHz)، توفر أجهزة مرشحة موجية ومرشحات أجهزة قياس الديكليات خسارة منخفضة جداً، وتستخدم أجهزة التصفيح العالية لأجهزة الترددات العالية الترددات في الوحدة الخارجية من أجل إعادة التأهيل والوصول، كما أن أجهزة التقلبات الدقيقة التي تعمل على إحداث تغيرات في الترددات المتوسطة والمتكاملة توفر عامل أكثر ترابطاً في مجال التصنيع.

ملفات قابلة للتداول والثقة

ومع تطور 5G، يحتاج المشغلون إلى المرونة لدعم النطاقات المتعددة والتكيف مع مخصصات الطيف المتغيرة، فالأجهزة التي يمكن التوحيد باستخدام أجهزة الاستديوهات المتفوقة، أو مفاتيح الوصل، أو المواد الفائقة السرعة، يمكن أن تعدل تواترها المركزي أو عرض النطاق الترددي إلكترونيا، وهي واعدة بشكل خاص بالنسبة للمسارات الإذاعية المحددة للبرامجيات والتطبيقات اللاسلكية المعرفية، غير أن أجهزة التصفيات الحالية لا تعاني في كثير من انخفاض في سرعة الانتشار والسعة.

التنفيذ في 5 زاي - عناصر الهياكل الأساسية

محطات القاعدة والعتاد العسكري

وفي محطة قاعدية ضخمة تابعة للمنظمة البحرية الدولية، لكل عنصر من عناصرها سلسلة من أجهزة الاستطلاع، بما في ذلك جهاز تضخم الطاقة، وجهاز التلقيح بالشبكة، وأجهزة التصفيف بالشبكة تحتية من طراز GHZ، يتم دمج مرشحات BAW مباشرة في اللوحة اللاسلكية أو في إطار وحدة مرشحات الهوائيات، ويجب أن توضع أجهزة التصفيف على أقرب عدد ممكن من أجهزة التزود بالطاقة لتقليل إلى أدنى حد من الخسارة قبل التكرير.

خلايا صغيرة وأجهزة ريب

وتحتاج الخلايا الصغيرة (الميكروسيلات، والمنسوجات) إلى أجهزة استنشاق منخفضة التكلفة لأنها تنشر في أحجام عالية، وغالبا ما يكون المرشح الوحيد لفرقة التشغيل كافيا (مثلا، العدد 87)، غير أن الخلايا الصغيرة قد تحتاج إلى مرشحات لكل من الوصلات العالية والوصلات المنخفضة مع العزلة الكافية إذا كانت تستخدم أجهزة لاسلكية منفصلة.

معدات المستعملين (هندوست، معدات الاتصالات السلكية واللاسلكية)

وفي هاتف ذكى من طراز SG، يمكن أن تحتوي وحدة الرفع الأمامي على عشرات من مرشحات تركيبات تجميع الناقلات، كما أن هناك مجموعة نموذجية من أجهزة الهاتف ذات المستوى العالي تضم 5G، و 3، و 5، و 5، و 8، و 20، و 28، و 38، و 37، و 87، و 37، و 37، و 7، بالإضافة إلى أجهزة الاتصال ذات الترددات العالية، يجب أن تُجمع بين أجهزة العزلة ذات الترددات العالية، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، وأجهزة الترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات، والترددات

FWA) و CPE

وكثيرا ما تشمل معدات أماكن العمل الخاصة بالمزكّفين من أجل الوصول اللاسلكي الثابت الهوائيات الخارجية ويمكنها استخدام مرشحات أكبر ذات أداء أعلى لأن القيود المفروضة على الحجم أقل حدة، كما أن المسافات أو مرشحات السيراميات شائعة بالنسبة للأجهزة المحمولة في الهواء الطلق، وبالنسبة للوحدات الداخلية، فإن نفس الكيماويات المستخدمة في الأصفاد تكفي.

تحديات التكامل وحلوله

التداخل والتخثر المسموم

وعندما تمر إشارة قوية خارج النطاق عبر مرشح غير خطي (أو في وقت لاحق من السلسلة النشطة)، يمكن أن تخلق منتجات للتداخل تقع ضمن النطاق المطلوب، وتزداد هذه المشكلة سوءا عندما تكون هناك ناقلات متعددة ذات طاقة عالية، وتشمل الحلول استخدام مرشحات ذات خط رفيع (النظام " بي دبليو " ) أفضل من نظام SAW في هذا الصدد، إضافة أجهزة أخرى غير صاخبة أو أجهزة إطفاء، وإدارة دقيقة.

PCB وقضايا الجمعية

ويمكن أن يؤدي وضع التصميمات السيئة إلى حدوث تضخم طفيلي يتخطى التصفية، بل إن عددا قليلا من المكافآت يمكن أن يُعرض الرفض للخطر، ويستخدم المصممون القوارير الأرضية، وعلب الحماية، وطبقات الشرائط المدفونة للحفاظ على أداء المرشات، أما بالنسبة للمصاعد السطحية فتتطلب انتقالات من العوارض الخاضعة للرقابة، وتقلبات مبيعات دقيقة لتجنب التسريح.

الإدارة الحرارية

وتولد إشارات عالية القدرة الحرارة داخل المرشات، وتتأثر أجهزة التصفيف الصوتي بالحرارة؛ ويمكن للحرارة أن تنقل الترددات المركزية وتزيد من فقدان الإدخال، وفي محطات الأساس، كثيرا ما تكون أجهزة التصفيف مثبتة على الرصيف الحراري أو المصاريف الحرارية، وقد يلزم التبريد النشط في خزانات ذات الطاقة العالية، وبالنسبة للمصابين، فإن المشكلة أقل حدة بسبب انخفاض الطاقة، ولكن الحرارة من جهاز الترسيم المتاخم.

التكلفة مقابل الأداء

وتكلف أعلى مرشحات الأداء (الذرة BAW، الموجة الموجية) أكثر من مرشحات السلع الأساسية، ويجب على المشغلين أن يوازنوا بين الحاجة إلى نزاهة الإشارة والنفقات الرأسمالية، وفي الممارسة العملية، تستخدم مرشحات أقساط لأكثر القطاعات احتياجا (مثلاً، العدد 87 في المناطق الحضرية) بينما يكفي الحد الأدنى من المرشّحات بالنسبة لقطع النطاقات الأقل ازدحامداً.

الاتجاهات والابتكارات في المستقبل

هيكلاً من البنادق المميتة والكهربية

وتستخدم أجهزة التصفيف المميتة هياكل مهندسة لتحقيق الرقم القياسي السلبي للانكماش أو السطح المرتفع من الإمتناع الذي يمكن أن ينتج تنورات حادة جداً وخسائر منخفضة جداً، وفي حين أن هذه المركبات لا تزال في مرحلة البحث، فإنها يمكن أن تحل في نهاية المطاف محل الموجات التقليدية أو مرشحات الديليكتري في تطبيقات الموجات العليمة، ولا سيما عندما يكون حجمها ووزها حرجاً.

تكنولوجيات الموجات الصوتية المتقدمة

ويجري تطوير أجهزة قياس الصوت ذات الصلصة الكبيرة ذات المقياس المقطعي للألمنيوم المزودة بأجهزة المسح الضوئي أو النيثانيوم النيثانيوم، أو أفلام النيوب الليثيوم الرقيقة، لتوسيع نطاق الترددات التي تصل إلى 10 مرشّحات كربونات من طراز BAW وما بعدها، وهذه المواد تعزز الانقلابات الكهروميكانيكية، مما يتيح توسيع نطاق الترددات وانخفاض الخسارة.

التصوير الرقمي والهجين

ويمكن أن تؤدي الاختلالات الرقمية والمرشحات الرقمية إلى خفض الطلب على مرشحات التناظر، فعلى سبيل المثال، يمكن لإدارة التنمية أن تنظف عدم استخدام أجهزة الإرسال، مما يتيح طيفاً أكثر هدوءاً بحيث تحتاج مرشحات التناظر إلى رفض أقل، ولكن النهج الهجينة التي يتبعها جهاز قياس التناظر الرقمي يجري استكشافها لتقليل تكلفة وحجم السلاسل الرقمية.

تصميمات المواضع المرتدة

ويجري تدريب نماذج التعلم من الآلات للتنبؤ بأداء الرش على أساس الخواص المادية والمقاييس الجيولوجية، مما يعجل دورة التصميم ويتيح تحقيق أفضل المفاضلات المتعددة الجوانب (الخسائر والانتقائية والحجم والتكلفة) وقد تدمج شركات مثل هذه النظم والكافنة نماذج المعلوماتية في أدوات محاكاتها، وفي المستقبل، قد تولد المنظمة تصميمات تصفية تقليدية بدلا من ذلك في دقائق.

الطريق إلى 6G

ومن المتوقع أن يستخدم ستة آلاف ترددات أعلى (100 غيغاهيرتز إلى 3 ثيس) وزوارق أوسع نطاقاً (الزجاجات الكبيرة) وفي هذه الترددات، يصبح تصميم القوارير تحدياً للغاية بسبب الخسائر والتسامحات الفلزية، وقد تصبح النماذج الجديدة مثل مرشحات شبه آلية (الأسطح المتناهية التكاثر) أو التي لا تنفذ في شكل هياكل أساسية متطورة.

خاتمة

ولا تقتصر تصفية بطاقات المرور على مجرد وصلات في البنية التحتية لخمسة جيات؛ بل هي عناصر أساسية تمكن الطيف النظيف، ومعدلات البيانات العالية، والوصل الموثوق به، إذ إن تصفية البرمجيات الأساسية في هاتف ذكي إلى جهاز الموجات الدقيقة في محطة قاعدية مكتملة، يجب اختيار كل عنصر وإدماجه بفهم عميق لتكامل الإشارات على مستوى المنظومة، حيث تتطور 5 جيتار إلى آثار أوسع نطاقاً.

For further reading on filter technologies and 5G front-end design, see the 3GPP specification for 5G equipment radio transmission and reception, the ]Qorvo white paper on 5G RF front-end challenges, and the