आरएफ फ़िल्टर एक साथ स्टारलिंक और 5G नेटवर्क संचालन का समर्थन करते हैं

आधुनिक वायरलेस दुनिया एक साथ दो दिशाओं में बन रही है। भूमि पर, 5G नेटवर्क चौड़े चैनल बैंडविड्थ, घने बेस-स्टेशन तैनाती, विशाल मिमो (massive MIMO) और उच्च-आवृत्ति स्पेक्ट्रम के माध्यम से क्षमता बढ़ा रहे हैं। पृथ्वी के ऊपर, कम-पृथ्वी-कक्षा (LEO) उपग्रह समूह जैसे स्टारलिंक लंबी दूरियों और कठिन पहुँच वाले स्थानों तक ब्रॉडबैंड कनेक्टिविटी का विस्तार कर रहे हैं।

वास्तुकला अलग-अलग हैं, लेकिन दोनों एक ही मूल आरएफ इंजीनियरिंग सिद्धांत पर निर्भर करते हैं: वांछित सिग्नल को दक्षतापूर्ण रूप से प्रसारित करना और उस सबको अस्वीकार करना जो उसके गुणवत्ता को कम कर सकता है।

इसीलिए आरएफ फ़िल्टर उपग्रह और भूमि-आधारित वायरलेस प्रणालियों दोनों के लिए मूलभूत बने रहते हैं। वे बैंडविड्थ का सृजन नहीं करते, लेकिन यह निर्धारित करते हैं कि कोई रेडियो उपलब्ध बैंडविड्थ का उपयोग कितनी प्रभावी ढंग से कर सकता है। एक उचित रूप से डिज़ाइन किया गया फ़िल्टर बाहरी-बैंड ऊर्जा को सीमित करता है, हार्मोनिक्स और अवांछित प्रतिक्रियाओं को दबाता है, संवेदनशील रिसीवर चरणों को मज़बूत निकटवर्ती सिग्नल्स से सुरक्षित रखता है, और एक लगातार छोटे होते आरएफ फ्रंट एंड के भीतर विभिन्न प्रेषण और अभिग्रहण पथों के सह-अस्तित्व में सहायता करता है।

स्टारलिंक और 5जी दोनों को बेहतर आवृत्ति चयनात्मकता की आवश्यकता क्यों है

स्टारलिंक उदाहरण है कि कैसे उपग्रह ब्रॉडबैंड अधिक क्षमता और अधिक जटिल स्पेक्ट्रम उपयोग की ओर बढ़ रहा है। जनवरी २०२६ में, यू.एस. फेडरल कम्युनिकेशन्स कमीशन ने स्पेसएक्स को अतिरिक्त द्वितीय-पीढ़ी स्टारलिंक उपग्रहों को संचालित करने का अधिकार दिया और घोषित किया कि यह प्रणाली कु-, का-, वी-, ई- और डब्ल्यू-बैंड आवृत्तियों पर काम कर सकती है।

इसका अर्थ यह नहीं है कि एक ही फ़िल्टर प्रौद्योगिकी सभी स्टारलिंक आवृत्ति बैंडों को कवर करती है। बल्कि, यह अगली पीढ़ी के उपग्रह नेटवर्कों में पाए जाने वाली आवृत्ति प्रबंधन की चुनौतियों की विस्तृत श्रेणी को दर्शाता है। स्पष्टता के लिए, यहाँ की चर्चा आरएफ इंजीनियरिंग की प्रासंगिकता से संबंधित है और यह दावा नहीं करती है कि आरएसवेव स्पेसएक्स या स्टारलिंक को सीधे घटक आपूर्ति करता है।

एक उपग्रह संचार कड़ी में कई फ़िल्टरिंग चरण हो सकते हैं। फ़िल्टर्स को कम शोर प्रवर्धकों के पहले रखा जा सकता है ताकि अवांछित आरएफ ऊर्जा को कम किया जा सके, शक्ति प्रवर्धक चरणों के बाद हार्मोनिक्स और बैंड-बाहर उत्सर्जन को नियंत्रित करने के लिए, और आवृत्ति-परिवर्तन श्रृंखलाओं के भीतर वांछित मध्यवर्ती या माइक्रोवेव बैंडों को अलग करने के लिए।

गेटवे उपकरणों और उपग्रह उपयोगकर्ता-टर्मिनल आरएफ हार्डवेयर में कम प्रविष्टि हानि विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि प्रत्येक डेसीबल का एक छोटा सा भाग मूल्यवान लिंक बजट को खर्च करता है। शक्तिशाली बैंड-बाहर अस्वीकृति भी उतनी ही महत्वपूर्ण है, क्योंकि शक्तिशाली अवांछित संकेत एक प्राप्तकर्ता को असंवेदनशील बना सकते हैं, भले ही वे संकेत निर्धारित चैनल के बाहर हों।

5जी को एक संबंधित समस्या का सामना करना पड़ता है, लेकिन बिल्कुल अलग संचालन वातावरण में। 3GPP विनिर्देशों में एनआर संचालन 7.125 गीगाहर्ट्ज़ तक के साथ-साथ एफआर2 बैंड्स जैसे n258 (24.25–27.5 गीगाहर्ट्ज़) और n257 (26.5–29.5 गीगाहर्ट्ज़) शामिल हैं। इसलिए आधार स्टेशन, रिपीटर, रेडियो यूनिट्स और वितरित वायरलेस उपकरणों को बढ़ती हुई रूप से भीड़ वाले स्पेक्ट्रम में संचालित होना आवश्यक है, जबकि उत्सर्जन, रिसीवर प्रदर्शन और सह-अस्तित्व आवश्यकताओं को बनाए रखा जाता है।

इसका परिणाम आरएफ घटकों की लगातार बढ़ती मांग है, जो कम हानि, उचित शक्ति संभाल, तीव्र अस्वीकृति, स्थिर आवृत्ति प्रतिक्रिया और संक्षिप्त आयामों को एक साथ संयोजित करते हैं।

आरएफ चेन के विभिन्न भागों के लिए विभिन्न फ़िल्टर प्रौद्योगिकियाँ

कोई भी एकल फ़िल्टर संरचना प्रत्येक आवृत्ति, बैंडविड्थ, शक्ति स्तर, अस्वीकृति आवश्यकता और यांत्रिक आकार के लिए आदर्श नहीं है। एक व्यापक आरएफ घटक पोर्टफोलियो का व्यावहारिक लाभ यह है कि वास्तविक प्रणाली के लिए सबसे उपयुक्त संरचना का चयन किया जा सकता है।

जियाशिंग रुइशांग इलेक्ट्रॉनिक टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड (आरएसवेव) २०१५ से माइक्रोवेव सेरामिक घटकों के अनुसंधान एवं विकास, उत्पादन और बिक्री में संलग्न है। इसके उत्पादों में माइक्रोवेव पारावैद्युत सेरामिक फ़िल्टर, सेरामिक डुप्लेक्सर, आरएफ एलसी फ़िल्टर, कैविटी फ़िल्टर, सेरामिक ऐंटेना और जीएनएसएस ऐंटेना शामिल हैं। कंपनी का कहना है कि इसका व्यापक उत्पाद पोर्टफोलियो डीसी से ३० गीगाहर्ट्ज़ तक की आवृत्तियों को कवर करता है, तथा अनुप्रयोग-विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए अनुकूलन संभव है।

संक्षिप्त ५जी और वायरलेस फ्रंट एंड्स के लिए, माइक्रोवेव पारावैद्युत सेरामिक फ़िल्टर विशेष रूप से प्रासंगिक हैं। आरएसवेव इस उत्पाद परिवार के लिए ४०० मेगाहर्ट्ज़ से ७ गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति सीमा निर्दिष्ट करता है। उच्च-पारावैद्युतांक सेरामिक सामग्रियाँ भौतिक रूप से छोटे अनुनादकों को सक्षम बनाती हैं, जबकि कम-हानि और तापमान-स्थिर सामग्रियाँ भरोसेमंद आरएफ विशेषताओं को बनाए रखने में सहायता कर सकती हैं। आरएसवेव इन फ़िल्टरों के अनुप्रयोगों में ५जी/५जी-ए बेस स्टेशन, उपग्रह संचार, रडार, टी/आर मॉड्यूल, वाई-फाई उपकरण और रिपीटर्स को सूचीबद्ध करता है।

यह संयोजन आरएफ उपकरणों के लिए आकर्षक है, जहाँ पीसीबी का क्षेत्र सीमित है, लेकिन आवृत्ति चयनात्मकता को समझौते के अधीन नहीं किया जा सकता।

आरएसवेव ४०० मेगाहर्ट्ज़ से ६ गीगाहर्ट्ज़ तक के आवृत्ति श्रेणी को कवर करने वाले माइक्रोवेव पारद्युतिक सिरेमिक ड्यूप्लेक्सर्स भी प्रदान करता है। एक ड्यूप्लेक्सर आवृत्ति-चयनात्मक प्रेषण और अभिग्रहण पथों को एकीकृत करता है, ताकि विभिन्न सिग्नल पथ एक ही ऐंटीना को साझा कर सकें, जबकि आवश्यक अलगाव बनाए रखा जा सके। नेटवर्क हार्डवेयर के लिए, जो कड़ी आकार सीमाओं के अधीन है, फ़िल्टरिंग और सिग्नल-मार्गन कार्यों का एकीकरण समग्र आरएफ फ्रंट-एंड वास्तुकला को सरल बना सकता है।

५जी एफआर१ से माइक्रोवेव उपग्रह लिंक तक

व्यापक आवृत्ति कवरेज, उच्च शक्ति स्तर, या कठोर अवरोध बैंड आवश्यकताओं के लिए, एलसी फ़िल्टर्स और कैविटी फ़िल्टर्स एक अन्य इंजीनियरिंग विकल्प प्रदान करते हैं।

आरएसवेव के आरएफ एलसी फ़िल्टर और कैविटी फ़िल्टर उत्पाद परिवार को डीसी से 30 गीगाहर्ट्ज़ तक के लिए निर्दिष्ट किया गया है और इन्हें लो-पास, हाई-पास, बैंड-पास या बैंड-स्टॉप विन्यास के रूप में अभियांत्रिकी के अनुसार बनाया जा सकता है। कंपनी के उत्पाद पृष्ठ पर प्रकाशित उदाहरणों में केंद्र आवृत्तियाँ लगभग 2.6 गीगाहर्ट्ज़, 3.5 गीगाहर्ट्ज़, 3.8 गीगाहर्ट्ज़ और 4.5 गीगाहर्ट्ज़ के आसपास हैं, जबकि अन्य आवृत्तियाँ प्रणाली की आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित की जा सकती हैं।

ये आवृत्ति सीमाएँ आधुनिक वायरलेस अवसंरचना के लिए विशेष रूप से प्रासंगिक हैं। इसी समय, माइक्रोवेव आवृत्तियों तक फैलने वाला एक उत्पाद पोर्टफोलियो चुनिंदा उपग्रह संचार, माइक्रोवेव-लिंक, रडार और उच्च-आवृत्ति आरएफ अनुप्रयोगों के लिए अवसर पैदा करता है।

गुहिका फ़िल्टर विशेष रूप से उन स्थितियों में उपयोगी होते हैं जहाँ कम प्रविष्टि हानि, उच्च Q, शक्तिशाली बाहर-बैंड अस्वीकृति और आरएफ शक्ति क्षमता को न्यूनतम भौतिक आकार की तुलना में प्राथमिकता दी जाती है। सावधानीपूर्ण ढंग से डिज़ाइन की गई अनुनादी गुहिकाएँ आधार स्टेशनों, उपग्रह भू-उपकरणों, माइक्रोवेव संचार कड़ियों और अन्य प्रदर्शन-संवेदनशील आरएफ प्रणालियों में आवश्यक चयनात्मकता प्रदान कर सकती हैं। RSWave विशेष रूप से मोबाइल संचार आधार स्टेशनों और उपग्रह संचार को अपनी गुहिका-फ़िल्टर प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोगों के रूप में पहचानता है।

जहाँ LEO उपग्रह और 5G प्रणालियों की आवश्यकताएँ मिलती हैं

हालाँकि एक स्टारलिंक गेटवे और एक 5G रेडियो इकाई समान आरएफ श्रृंखलाओं का उपयोग नहीं करते हैं, फिर भी दोनों प्रकार की प्रणालियों पर काम करने वाले इंजीनियरों को कई सामान्य डिज़ाइन प्राथमिकताओं का सामना करना पड़ता है।

पहला है हस्तक्षेप नियंत्रण। कोई प्राप्तकर्ता अपने लक्षित चैनल को स्वीकार करने में सक्षम होना चाहिए, बिना निकटवर्ती ट्रांसमीटरों, सामंजस्यों, या आंतरिक रूप से उत्पन्न अवांछित संकेतों द्वारा अतिभारित हुए। पर्याप्त फ़िल्टर अस्वीकृति मिश्रकों, प्रवर्धकों और डाउनस्ट्रीम के अन्य एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टरों पर लगने वाले भार को कम करती है।

दूसरा है प्रविष्टि हानि। किसी प्राप्तकर्ता में, कम शोर प्रवर्धक से पहले अत्यधिक हानि प्रणाली के शोर प्रदर्शन को खराब कर सकती है। किसी प्रेषक में, अनावश्यक हानि मूल्यवान आरएफ शक्ति को ऊष्मा में बदल देती है। उपग्रह और ५जी अवसंरचना दोनों के लिए, टाली जा सकने वाली हानि को कम करना लिंक मार्जिन और प्रणाली दक्षता को बनाए रखने में सहायता करता है।

तीसरी प्राथमिकता तापीय और पर्यावरणीय स्थिरता है। बाहरी रेडियो उपकरणों को काफी तापमान परिवर्तन का सामना करना पड़ सकता है, जबकि उपग्रह भूमि टर्मिनल अनियंत्रित वातावरण में लगातार काम कर सकते हैं। अत्यधिक आवृत्ति विस्थापन एक फ़िल्टर प्रतिक्रिया को निर्धारित कार्य चैनल से दूर स्थानांतरित कर सकता है। इसलिए, जब इंजीनियरों को संकुचित आयामों के साथ स्थिर विद्युत प्रदर्शन को संतुलित करने की आवश्यकता होती है, तो माइक्रोवेव पारद्युतिक सिरेमिक प्रौद्योगिकियाँ आकर्षक बन जाती हैं।

चौथी प्राथमिकता एकीकरण है। नेटवर्क उपकरण लगातार छोटे और कार्यात्मक रूप से अधिक घने होते जा रहे हैं। सिरेमिक फ़िल्टर और डुप्लेक्सर संकुचित असेंबलियों का समर्थन कर सकते हैं, जबकि विद्युत प्रदर्शन पैकेज आकार से अधिक महत्वपूर्ण होने पर कैविटी डिज़ाइन अभी भी महत्वपूर्ण बने रहते हैं।

एक सफल आरएफ डिज़ाइन इसलिए सैद्धांतिक ‘सर्वश्रेष्ठ फ़िल्टर’ को खोजने के बारे में नहीं है। यह टॉपोलॉजी, सामग्री, पैकेज, इंटरफ़ेस, बैंडविड्थ, अस्वीकृति, हानि और सहनशीलता को पूर्ण आरएफ सिग्नल चेन के साथ मेल खाने के बारे में है।

आरएसवेव का आरएफ फ्रंट-एंड विकास में स्थान कैसे है

आरएफ इंजीनियरों और घटक खरीदारों के लिए, कैटलॉग विशिष्टताएँ केवल शुरुआत का बिंदु हैं।

वास्तविक परियोजनाओं में अक्सर एक विशिष्ट केंद्र आवृत्ति, बैंडविड्थ, इन्सर्शन-लॉस लक्ष्य, अस्वीकृति प्रोफ़ाइल, वीएसडब्ल्यूआर, कनेक्टर विन्यास, फुटप्रिंट, शक्ति स्तर, या पर्यावरणीय आवश्यकताओं की आवश्यकता होती है। आरएसवेव कहता है कि इसके एलसी फ़िल्टर, कैविटी फ़िल्टर, माइक्रोवेव डाइइलेक्ट्रिक सेरामिक फ़िल्टर और डुप्लेक्सर को अनुकूलित किया जा सकता है, जिसे सिमुलेशन और उत्पाद डिज़ाइन क्षमताओं द्वारा समर्थन दिया जाता है।

यह महत्वपूर्ण है क्योंकि सबसे उपयोगी आरएफ फ़िल्टर केवल उच्चतम शीर्षक अस्वीकृति आंकड़े वाला घटक नहीं है।

एक सफल डिज़ाइन को पूर्ण प्रणाली को ध्यान में रखना चाहिए: वांछित सिग्नल बैंडविड्थ, संलग्न हस्तक्षेपकर्ता, ट्रांसमीटर आउटपुट शक्ति, रिसीवर संवेदनशीलता, प्रतिबाधा मिलान, पीसीबी या यांत्रिक बाधाएँ, कार्यकारी तापमान और उत्पादन में पुनरावृत्ति क्षमता। अतः आरएफ-प्रणाली डिज़ाइनर और फ़िल्टर निर्माता के बीच प्रारंभिक तकनीकी संचार परियोजना के बाद के चरण में पुनर्डिज़ाइन के जोखिम को कम कर सकता है।

7 गीहर्ट्ज़ से कम आवृत्ति पर कार्य करने वाले 5G उपकरणों के लिए, आरएसवेव के माइक्रोवेव पारद्युतिक सेरामिक फ़िल्टर श्रेणी में कोशिकीय और निजी-नेटवर्क आवृत्ति क्षेत्रों के कई महत्वपूर्ण भागों का अतिव्यापन होता है। इसका व्यापक एलसी और कोष्ठ फ़िल्टर पोर्टफोलियो 30 गीहर्ट्ज़ तक विस्तारित है, जो 5G FR2 के निचले भाग के साथ-साथ उपग्रह संचार और अन्य उच्च-आवृत्ति प्रणालियों से संबंधित माइक्रोवेव स्पेक्ट्रम तक पहुँचता है।

यह स्पेक्ट्रम कवरेज भूमि-आधारित वायरलेस अवसंरचना, माइक्रोवेव संचार लिंक और चुनिंदा उपग्रह-भूमि आरएफ उप-प्रणालियों के विकास में लगे इंजीनियरों के लिए इस पोर्टफोलियो को प्रासंगिक बनाता है।

फ़िल्टरिंग, कनेक्टेड इंफ्रास्ट्रक्चर के लिए एक शामिल लेकिन महत्वपूर्ण सहायक है

उपयोगकर्ता स्टारलिंक और 5G को गति, कवरेज और लेटेंसी के माध्यम से अनुभव करते हैं। आरएफ इंजीनियर्स के लिए चित्र बहुत अधिक जटिल है: प्रत्येक उपयोगी वायरलेस कनेक्शन ऐंटीनाओं, एम्पलीफायर्स, ऑसिलेटर्स, मिक्सर्स, कन्वर्टर्स, डुप्लेक्सर्स और निष्क्रिय घटकों के एक साथ काम करने से उत्पन्न होता है, जो एक दृढ़ता से नियंत्रित स्पेक्ट्रल वातावरण के भीतर कार्य करते हैं।

आरएफ फ़िल्टर उस श्रृंखला में सबसे कम दृश्यमान घटकों में से एक हैं, लेकिन उनकी भूमिका मौलिक है।

जैसे-जैसे 5G नेटवर्क क्षमता जोड़ रहे हैं और LEO उपग्रह प्रणालियाँ स्पेक्ट्रम के उपयोग का विस्तार कर रही हैं, सटीक आवृत्ति चयन, कम इन्सर्शन लॉस, उच्च आइसोलेशन, हस्तक्षेप दमन और स्थिर प्रदर्शन की आवश्यकता और अधिक कठिन होती जा रही है—कम नहीं।

माइक्रोवेव डायइलेक्ट्रिक सेरामिक फ़िल्टर, सेरामिक डुप्लेक्सर, एलसी फ़िल्टर, और कैविटी फ़िल्टर के साथ, जो सब-गीगाहर्ट्ज़ आवृत्तियों से लेकर माइक्रोवेव क्षेत्र तक अनुप्रयोगों को कवर करते हैं, आरएसवेव आरएफ-फ्रंट-एंड डिज़ाइनर्स के लिए कई तकनीकी मार्ग प्रदान करता है। मूल सिद्धांत अनुप्रयोग-विशिष्ट इंजीनियरिंग है: उचित फ़िल्टर वास्तुकला का चयन करें और फिर इसे वास्तविक कार्यकारी बैंड, हस्तक्षेप वातावरण, शक्ति आवश्यकता, पैकेज आकार और प्रणाली इंटरफ़ेस के आसपास अनुकूलित करें।

भूमि-आधारित ५जी रेडियो यूनिट्स से लेकर एलईओ उपग्रह भू-लिंक तक, विश्वसनीय कनेक्टिविटी तब शुरू होती है जब सिग्नल एंटीना तक पहुँचने से काफ़ी पहले होती है।

यह स्पेक्ट्रम को नियंत्रित करने से शुरू होता है—और यही वह जगह है जहाँ अच्छी तरह से इंजीनियर किए गए आरएफ फ़िल्टरिंग तकनीक अपना मूल्य प्रदान करती है।