Միկրոալիքային դիէլեկտրիկ կերամիկական դուպլեքսերների հատկանիշների մանրամասն վերլուծություն

Ժամանակակից անալար հաղորդակցության, ռադարային և նավարկման համակարգերի անխափան աշխատանքը կախված է ազդանշանների հաղորդման և ընդունման հնարավորությունից՝ առանց փոխադարձ միջամտության: Այս հնարավորության հիմքում ընկած է մի կարևոր բաղադրիչ՝ Միկրոալիքային դիէլեկտրիկ կերամիկական դուպլեքսոր . Այս բարդ սարքը հանդիսանում է ռադիոհաճախականության (RF) ազդանշանների երթևեկության ղեկավար, թույլ տալով մեկ անտենայի օգտագործում ինչպես հաղորդման, այնպես էլ ընդունման համար: Դրա առաջադեմ կառուցվածքը և նյութի կազմությունը դարձնում են անփոխարինելի այն կիրառություններում, որտեղ կարևոր են արդյունավետությունը, չափը և հուսալիությունը: Այս հոդվածը մանրամասն ներկայացնում է դրա աշխատանքի սկզբունքները, հիմնական հատկանիշները և տարատեսակ կիրառությունները:

Հիմնարար աշխատանքային սկզբունք

Դուպլեքսերը եռանիշ սարք է, որն իրականացնում է հաղորդիչի, ընդունիչի և անտենայի միջև կապ: Նրա հիմնական գործառույթն այն է, որ անջատի հզոր ելքային հաղորդման սիգնալը արտակարգ զգայուն ընդունման ճանապարհից՝ կանխելով առաջինի կողմից երկրորդի զգայունության նվազեցումը կամ վնասվածքը: Հաճախականություններով բազմապիտակման (FDD) համակարգերում, երբ հաղորդումն ու ընդունումը տեղի են ունենում տարբեր, նախապես սահմանված հաճախականություններով, դուպլեքսերն այս անջատումն իրականացնում է բարձր ընտրողականությամբ ֆիլտրման միջոցով:

Ներքինում մայկրոալիքային դիէլեկտրիկ կերամիկ դուպլեքսերը, որպես կանոն, մեկ կազմույթի մեջ ինտեգրում են երկու շեղանցումային ֆիլտր՝ մեկը տրանսլացված է հաղորդման (Tx) շառավղին, մյուսը՝ ընդունման (Rx) շառավղին: Tx ֆիլտրը թույլ է տալիս, որ հաղորդիչից եկող ազդանշանները անցնեն անտենային նվազագույն կորուստով, միաժամանակ խոչընդոտելով ընդունման շառավղի էներգիային հակառակ ուղղությամբ հոսելը հաղորդիչի մեջ: Ընդհակառակը, Rx ֆիլտրը թույլ է տալիս, որ անտենայից եկող ընդունման շառավղի թույլ ազդանշանները անցնեն ընդունիչ, միաժամանակ ապահովելով բարձր ատենյուացիա հզոր հաղորդման ազդանշանների նկատմամբ: Այս ճշգրիտ հաճախականության առանձնացումն է, որը թույլ է տալիս իրականացնել լրիվ դուպլեքսային կապ՝ խոսելու և լսելու հնարավորություն միաժամանակ:

Դիէլեկտրիկ կերամիկ նյութերի կարևոր դերը

Այս դուպլեքսերների արտակարգ կատարումը անմիջապես պայմանավորված է հատուկ միկրոալիքային դիէլեկտրիկ կերամիկայի օգտագործմամբ: Սրանք սովորական կերամիկաներ չեն, այլ ինժեներական նյութեր, որոնք ունեն երեք հիմնարար հատկություններ, որոնք դրանք դարձնում են իդեալական բարձր հաճախականության էլեկտրոնիկայի համար.

• Բարձր դիէլեկտրիկ հաստատուն (εr). Այս հատկությունը որոշում է, թե ինչպես է էլեկտրական դաշտը կենտրոնացվում նյութի ներսում: Բարձր դիէլեկտրիկ հաստատունը թույլ է տալիս էլեկտրամագնիսական ալիքների երկարությունները արդյունավետորեն «կրճատել» կերամիկայի ներսում: Սա հնարավորություն է տալիս ստեղծել շատ փոքր ռեզոնատորային կառուցվածքներ, որոնք ներքին ֆիլտրերի հիմնական տարրերն են: Հետևաբար, ամբողջ դուպլեքսերը կարող է զգալիորեն ավելի փոքր և թեթև լինել օդով լցված կամ այլ ցածր εr նյութեր օգտագործող անալոգների համեմատ:

• Բարձր որակի գործակից (Q-գործակից) Q-գործակիցը բնութագրում է էներգիայի կորուստը կամ դիսիպացիան ռեզոնանսային շղթայում: Բարձր Q-գործակիցը նշանակում է ցածր կորուստ: Գործնական տեսանկյունից, սա անմիջապես նշանակում է ցածր ներդրման կորուստ: Փոխադրիչի համար ցածր կորուստը նշանակում է ավելի շատ ճառագայթվող հզորություն և ավելի բարձր արդյունավետություն: Ընդունիչի համար սա նշանակում է լավ զգայունություն, քանի որ թույլ սիգնալները պահպանվում են՝ փոխարենը որպեսզի կլանվեն դուպլեքսերի կողմից:

• Ռեզոնանսային հաճախականության մոտ զրոյական ջերմաստիճանային գործակից (τf) Կազմիչի աշխատանքի կայունությունը տատանվող ջերմաստիճանների դեպքում կարևոր է արտաքին և բարձր կայունություն պահանջող կիրառությունների համար: Մոտ զրոյական τf-ը ապահովում է, որ Tx-ի և Rx-ի ֆիլտրերի կենտրոնական հաճախականությունը կայուն կմնա շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի փոփոխությունների դեպքում: Սա երաշխավորում է կայուն աշխատանք և կանխում է ֆիլտրի թողունակ շերտի «շեղումը» շահագործման հաճախականությունից, որը կարող է հանգեցնել սիգնալի որակի նվազմանը կամ կապի ամբողջովին խափանմանը:

Հիմնարար բնութագրերի մանրամասն վերլուծություն

Արտադրանքի նկարագրությունը շեշտում է երեք հիմնական առանձնահատկություններ՝ փոքր չափս, ցածր ներդրման կորուստ և բարձր առանձնացում: Դրանցից յուրաքանչյուրը նյութի հատկությունների և արդյունավետ նախագծման անմիջական հետևանքն է:

• Խտացված չափս և մինիատյուրացում. Կերամիկական նյութի բարձր դիէլեկտրիկ հաստատունը մինիատյուրացման հիմնական պատճառն է: Փոքր ռեզոնատորների օգտագործումը հնարավորություն է տալիս կրճատել դյուպլեքսերի զբաղեցրած տարածքն ու քաշը համեմատած ավանդական խոռոչային կամ ալիքատարի լուծումների հետ: Սա հատկապես կարևոր է փոքր բջջային կայանների, շարժական հարթակների վրա տեղադրված արբանյակային կապի տերմինալների և կրճատված ռազմական սարքավորումների նման ժամանակակից համակարգերի համար, որտեղ տեղն ամենաշատն է գնահատվում:

• Ցածր ներդրման կորուստ. Ինչպես արդեն նշվեց, սա դիէլեկտրական կերամիկայի բարձր Q-գործակցի ուղղակի առավելությունն է: Ներդրման կորստի ցածր ցուցանիշը (սովորաբար չափվում է դեցիբելներով, դԲ) նշանակում է ավելի հաջող համակարգ: Սա երկարաձգում է մոբայլ սարքերի մարտկոցի կյանքը, նվազեցնում է բազային կայանների սառեցման պահանջները և երկարաձգում է շահագործման տիրույթը՝ բարելավված ընդունիչի զգայունության շնորհիվ: Դուպլեքսերի ներդրման կորստում խնայված յուրաքանչյուր դեցիբելի մասնաբաժինը կապի բյուջեի ընդհանուր համակարգին արժեքավոր ներդրում է:

• Բարձր առանձնացում Սա, հավանաբար, դյուպլեքսերի ամենակարևոր գործառութային պարամետրն է: Կենտրոնացումը չափում է ազդանշանի թուլացումը հաղորդիչի և ընդունիչի միջև: Բարձր կենտրոնացումը կարևոր է՝ խոչընդոտելու համար հզոր հաղորդվող ազդանշանի «կորուստը» ընդունիչի զգայուն մուտքում: Եթե կենտրոնացումը բավարար չէ, ապա այդ կորուստը կարող է բավարարել ընդունիչի ցածր աղմուկով հարթուկը (LNA), ինչը կարող է առաջացնել «արգելափակում» կամ «զգայունության կորուստ», ինչն անհնարին է դարձնում ընդունիչի համար ցանկալի թույլ մուտքային ազդանշանների հայտնաբերումը: Բարձր կենտրոնացումն ապահովում է, որ համակարգը կարող է ամբողջական հզորությամբ հաղորդել՝ միաժամանակ ընդունելով բարձր պարզությամբ:

Հրաշալի կիրառման լայն սպեկտր

Այս հատկանիշների եզակի համադրությունը միկրոալիքային դիէլեկտրիկ կերամիկական դյուպլեքսերների դարձնում է ընտրված բաղադրիչ տարբեր բարդ ոլորտներում.

• Կապի հիմնակայքեր. Դրանք հիմնարար են 4G/LTE և 5G մակրո և փոքր բջիջների համար, որոնք օգտագործում են FDD՝ ապահովելով վերելային և իջեցման ալիքների միջև պարզ առանձնացում:

•Արբանյակային կապի տերմինալներ. Երկրաչափական ստեղծված և ցածր ուղեծրի (LEO) արբանյակների համար հողային տերմինալներում դրանց կայունությունն ու ցածր կորուստը կարևոր են վստահելի տվյալների կապ պահպանելու համար:

• Ռադարային համակարգեր. Ռազմական և քաղաքացիական ռադարներում դուպլեքսորները թույլ են տալիս մեկ անտենային շարքին փոխանցել՝ կամ որոշ առաջադեմ համակարգերում՝ միաժամանակ աշխատել բարձր հզորությամբ իմպուլսներ փոխանցելու և թույլ էքոներ ընդունելու միջև:

• Նավիգացիայի համակարգեր: Դրանք օգտագործվում են հողային ենթակառուցվածքներում՝ GPS-ի ընդլայնման և ավիացիոն նավարկման համակարգերի համար, որպեսզի ապահովվի դիրքորոշման սիգնալների ամբողջականությունը:

• Անլար հետադարձ կապի սարքավորումներ. Նրանք կազմում են կետ-կետ միկրոալիքային կապի հիմնական մասը, որոնք կազմում են բջջային ցանցերի հիմքը՝ ապահովելով բարձր մեկուսացում վստահելի, բարձր տարողունակությամբ տվյալների փոխադրման համար աշտարակների միջև:

Արդյունք

Ընդհանրական առումով, միկրոալիքային դիէլեկտրիկ կերամիկ դուպլեքսերը RF ինժեներիայի շաբաթոն է, որտեղ նյութի գիտությունը և սխեմատիկ նախագծումը հանդիպում են՝ լուծելով անալցավոր կապի հիմնարար մարտահրավերը: Բարձր դիէլեկտրիկ հաստատունի շնորհիվ ստացված փոքր չափսը, բարձր Q-ֆակտորի շնորհիվ առաջարկվող ազդանշանի արտառոց պահպանումը և հզոր ազդանշանի անջատումը ոչ թե պարզապես հատկանիշներ են, այլ անհրաժեշտություն այսօրվա և վաղվա առաջադեմ միկրոալիքային համակարգերի համար: Քանի որ աճում է ավելի բարձր տվյալների տարբերակների, ավելի մեծ ցանցի խտության և ավելի հուսալի կապի պահանջը, միկրոալիքային դիէլեկտրիկ կերամիկ դուպլեքսերի դերը միայն ավելի կենտրոնական կդառնա այն տեխնոլոգիաների իրականացման համար, որոնք կապում են մեր աշխարհը: