تزايد أهمية الأفلام النشطة في الاتصالات اللاسلكية

وقد أدى التوسع السريع للشبكات اللاسلكية من 4G LTE إلى 5G وما بعده إلى نشوء طلبات غير مسبوقة على عناصر الترددات الأمامية للترددات اللاسلكية، ومن بين هذه العوامل، تتسم الرشقات بأهمية حاسمة في الحفاظ على سلامة الإشارات، وإدارة التدخل، والاستخدام الفعال للطيف.() وتُنتج عن ذلك مرشحات نشطة، تتضمن عناصر مضللة مثل أجهزة التصفيق أو أجهزة النقل، مزايا متميزة على أجهزة الفرز اللاسلكية من حيث القدرة على الانتقاء، والحجم، والربح.

أساسيات الأفلام النشطة: رئيس

والمرشح النشط هو دائرة إلكترونية تستخدم مكونات نشطة - عمليات تشغيلية أو مترجمات - إلى جانب مقاومين ومكثفات لتشكيل الاستجابة المتكررة للإشارة، وخلافا للمرشحات السلبية )التي تعتمد فقط على الموصلات، والمكثفات، والمقاومين(، يمكن للمرشحات النشطة أن توفر مكاسب فولتية، وأن تظهر ضخامة في المدخلات، وأن تعرض آثاراً منخفضة على الإنتاج تجعلها ذات خصائص معقدة.

وتشمل التلويثات النشطة المشتركة لأجهزة الترشيح [(FLT:0]) Sallen-Key) (هيكل تركيبة متعددة الترددات (MFB) وتصميمات قابلة للتصوير (الزجاج) التي توفرها الدولة (الزجاج) وتُعرض كل من الطبقات التناظرية من حيث حساسية المكونات، ومرونة الكمّة، وسهولة التوحيد.

الوظائف الحاسمة للمصورين العاملين في 5 شبكات

5G operates across three main frequency bands: sub-6 GHz (FR1), millimeter-wave (FR2, 24–52 GHz), and the emerging FR3 band (7-24 GHz).

قمع التدخل ونزاهة الإشارة

وفي حالات النشر الكثيف في المناطق الحضرية، يجب أن ترفض محطات القاعدة ومعدات المستعملين قطع الطرق من القنوات المتاخمة، أو الواي فاي، أو الإشارات الخلوية القديمة، ويمكن للمرشحين النشطين ذوي الترددات العالية أن يقدموا رفضا حادا مع الحفاظ على فقدان منخفض للضم، وهو مزيج يكافح المرشحات السلبيات لتحقيقه في ترددات أعلى.

إدارة الضوضاء

ويمكن تصميم مرشحات نشطة لتحسين نسبة الإشارة إلى الأرقام عن طريق توسيع الإشارة المرغوبة قبل مراحل التجهيز اللاحقة، غير أن العناصر النشطة نفسها تستحدث ضوضاء حرارية ومرنة، ومن الضروري تصميم تصميم دقيق، بما في ذلك استخدامات منخفضة الدقة وشبكات التغذية المرتدة المثلى، من أجل تحقيق التوازن بين الأرقام المتعلقة بالمكاسب والضوضاء.

الدعم التجميعي المتعدد الوحدات والمتنقل

وكثيرا ما تستخدم الشبكات العاملة العاملة من الفئة 5 زاي تجميع الناقلات، التي تجمع بين نطاقات الترددات المتعددة لزيادة إنتاج البيانات، والمرشحات النشطة القابلة للتداول التي يمكن أن تتغير بين ترددات الوسط على الذبابة ضرورية لتمكين هذه المرونة دون أن تتطلب مصرفا مخصصا للمرشحين لكل فرقة.

التكنولوجيات الناشئة في تصميم الأفلام النشطة

المصورون الموثوقون والمتعادون

فالقابلية للتوحيد هي اتجاه رئيسي، إذ أن أجهزة التوحيد، وأجهزة التصفيف المبدلة، والمتغيرات المتغيرة التي تستخدمها وزارة النقل البحري، تسمح بتواتر المركز وتسويات النطاق الترددي، وهذه المكونات تمكن المرشّحين من التكيف مع ظروف القنوات المتغيرة، أو أنماط التدخل، أو التخصيص الطيف، مثلاً، يمكن أن تستخدم خلية صغيرة من طراز 5G مرشحاً نشطاً لا يُحصى للحيلولة دون التدخل في رادار عسكري يعمل في إطار فرقة قريبة.

مواضع متكاملة للنشاطات

وتطرح ترددات الموجات الملليمترية (28 و39 غيغاهيرتز) تحديات في تصميم القوارير التقليدية بسبب انخفاض عنصر الكمية وارتفاع الآثار الطفيلية، ويمكن أن تحقق تقنيات الرش النشيطة، مثل استخدام أجهزة إعادة تصميم خطوط النقل التي لها تعويضات مقاومة سلبية، انتقائية عالية في النسيج، حيث أصبحت الرشيات النشطة المتكاملة في عمليات CMOS أو سي جي بي إمسو قادرة على البقاء في نظم الاستهلاك التدريجي.

Machine Learning-Driven Adaptation

ويتزايد تطبيق الاستخبارات الفنية على الترشيح في الوقت الحقيقي، ويمكن للشبكة العصبية أن ترصد الشغل الطيفي وأن تعدل معامل الرش أو تبديل التلويثات لتقليل معدل الرش إلى أدنى حد، وهذا النهج واعد بشكل خاص للأجهزة اللاسلكية المعرفية والراديوية المحددة البرامجيات، حيث يجب أن تضاهي قدرة طبقة التصفير مرونة النطاق الرقمي.

حرفية ضد المصورين: متى يستخدم كل واحد

وفي حين أن مرشحات التشغيل توفر التوحيد والكسب، فإنها تستحدث أيضا استهلاكا للطاقة وإمكانيات عدم التكرار، وفي مسارات النقل ذات الطاقة العالية، تظل مرشحات سلبية هي مجموعة العمل نظرا لقدرتها على التعامل مع ارتفاع حجم الرصاص والتيارات دون تشوه، ويزداد وجود مرشحات نشطة في سلاسل الاستلام، وفي مراحل التردد المتوسط، وتجهيز الترددات الأساسية.

التحديات التي تواجه ملفات التشغيل في نظم التكوين المقبلة

النواحي الحرارية والقابلية للاختلال

وتولد المكونات النشطة ضوضاء يمكن أن تضعف حساسية أجهزة الاستقبال، وفي الوقت نفسه، كثيرا ما يتضارب تحقيق التسلسل العالي (تشوهات التلاعب المنخفضة) مع ضوضاء منخفضة واستهلاك منخفض للطاقة، ويجب على المصممين أن يديروا بعناية هذه المبادلات، وكثيرا ما يستخدمون تقنيات مثل إلغاء الضوضاء والأعباء المتعددة التغذية.

استهلاك الطاقة

وكل مرشح نشط يستهلك قوة العاصمة، وفي أجهزة تعمل بالبطارية مثل الهواتف الذكية، تضيق ميزانيات الطاقة، ويجري التحقيق في تقنيات تصميم منخفضة الطاقة - مثل التشغيل دون الأرضي، والتحيز الدينامي، ودورة الرسوم الجمركية - للحد من آثار الطاقة دون التضحية بالأداء.

تعقيد التكامل

ويتطلب إدماج مرشحات نشطة مع مجموعات أخرى من وحدات الترددات المتوسطة (LNA، المزج، VCO) على شريحة واحدة عزلة دقيقة ووضع خطط لمنع التقلبات الطفيلية، ويمكن أن يؤدي التقاطع بين مراحل التصفية والدوائر الرقمية إلى عدم الاستقرار، كما أن التغليف المتقدم ومنهجيات تصميم الموجات الدقيقة المتكاملة الأحادية أمران أساسيان.

The Path to 6G: Active Filters at Terahertz Frequencies

وفيما عدا 5 زاي، يتوخى 6 زاي معدلات البيانات في التراب في الثانية، والارتطام تحت متر واحد، واستخدام النطاقات الفرعية وضمادات ثلاثية الأبعاد (100 غيغاهيرتز إلى 3 ثيس)، وفي هذه الترددات، تصبح تصميمات الرش التقليدي القائمة على العناصر المقطوعة غير عملية نظراً إلى تسارع الموجات والخسائر العالية.

وعلاوة على ذلك، فإن اعتماد ٦ زاي على الأسطح الذكية والإذاعة الهولوغرافية والجهاز المزود بأجهزة متعددة المؤشرات سيتطلب مرشحات يمكن إعادة تشكيلها على مستوى العنصر، ويمكن أن يدمج التصفيف النشط مباشرة في صفائف الهوائيات لأداء عملية التصفيف المكاني والتواتر في آن واحد.

الابتكارات المادية

وتتوسع المواد الناشطة الجديدة في مجال تصميم مرشحات نشطة:

  • Gallium Nitride (GaN)] provides high breakdown voltage and power handling, enabling active filters in transmitter front-ends where linearity and robustness are critical.
  • Silicon-on-Insulator (SOI) and SiGe] offer improved noise performance and higher cutoff frequencies, making them ideal for low-noise active filters in millimeter-wave receivers.
  • Emerging 2D materials] like graphene and transition metal dichalcogenides may lead to ultra-low-power active filters with unprecedented frequency agility.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

وقد تم بالفعل نشر مرشحات نشطة في الهياكل الأساسية لخمسة جيات، فعلى سبيل المثال، تستخدم بعض محطات القاعدة الكلية مرشحات متنقلة نشطة قابلة لإعادة التشكيل لمعالجة تجميع الناقلات عبر نطاقات القوات الديمقراطية لتحرير السودان ورابطات تنمية النقل البري، وفي نظم ضخمة من هذه المنظمة، تتيح أجهزة التصفية النشطة التي تستخدم فيها محركات متكاملة للمراحل الشعاعية في المقدمة، مما يقلل من تعقيدات التخلف الرقمي.

ويستفيد من مرشحات نشطة من طراز C-V2X من قاذفات السيارات التي يمكن أن ترفض إشارات التشويش من مركبات أخرى أو وحدات جانبية للطرق مع الحفاظ على درجة منخفضة من الرطوبة، وبالمثل، تستخدم محطات الاتصالات الساتلية للشبكات غير الأرضية مرشحات نشطة للتكيف لمعالجة التحولات التي تحدثها شركة دوبلر والتدخل في عدة وحدات.

توجيهات البحوث المستقبلية

  • N-Path Filters with Active Bootstrapping]: Extending the operating frequency of N-path filters (which mix a passive LC tank to a higher frequency) using active shiftes and gain stages to cover mmWave bands.
  • Neuromorphic Active Filters: Mimicking biological neural networks to create filters that learn and adapt without explicit algorithm updates.
  • Quantum-Enhanced Active Filters: Using Josephson junctions or other quantum devices to achieve near-zero noise performance at cryogenic temperatures for quantum communication repeaters.

خاتمة

(ب) تحالفات [مرشحات] غير مؤيدة فقط للنظم اللاسلكية - تصبح عاملاً رئيسياً في القدرة على إحداث الارتفاع والأداء المطلوبين من قبل 5 جيات وشبكات المستقبل، ومع ارتفاع مستويات الترددات، وتشديد ميزانيات الطاقة، وتهيئة بيئات التدخل بدرجة أكبر من التعقيد، فإن القدرة على تشكيل الاستجابة على نحو دينامي مع ضوضاء منخفضة وارتباطية عالية ستؤدي إلى تقدم مستمر في أفضليات الدوائر، وتكنولوجيات التكامل().