Šiuolaikinių belaidžių ryšių, radaro ir navigacijos sistemų sklandžiam veikimui būtina galimybė siųsti ir priimti signalus vienu metu be trukdžių. Šios galimybės pagrindą sudaro kritiškai svarbus komponentas: Mikrobangų dielektrinė keraminė dvigubai veikianti jungtis (duplexer) . Šis sudėtingas įrenginys veikia kaip radijo dažnių (RF) signalų eismo reguliatorius, leidžiantis vieną anteną naudoti tiek siuntimui, tiek priėmimui. Jo pažangus dizainas ir medžiagų sudėtis daro jį nepakeičiamą taikymuose, kuriuose ypač svarbūs našumas, matmenys ir patikimumas. Šiame straipsnyje išsamiai nagrinjamos jo veikimo principai, pagrindinės charakteristikos bei įvairios taikymo sritys.
Pagrindinis veikimo principas
Duplexeris yra trijų jungčių įrenginys, kuris sujungia siųstuvą, imtuvą ir anteną. Jo pagrindinė funkcija – atskirti galingą išeinantį siuntimo signalą nuo itin jautraus priėmimo kelio, kad pirmasis neišjautrintų ar nepažeistų antrojo. Dažnių skirstymo dvikrypčiu ryšiu (FDD) sistemose, kai perdavimas ir priėmimas vyksta skirtingais, iš anksto nustatytais dažniais, duplexeris šią izoliaciją pasiekia naudodamas labai selektyvų filtravimą.
Viduje mikrobangų dielektrinė keraminė dvigubai naudojama dažnų sritis paprastai integruoja du juostos pralaidumo filtrus viename korpuso bloke: vienas filtras nustatytas siuntimo (Tx) juostai, o kitas – priėmimo (Rx) juostai. Tx filtras leidžia signalams iš siųstuvo keliauti į anteną su minimaliais nuostoliais, tuo pačiu blokuodamas bet kokį energijos kiekį priėmimo juostoje, kad jis negrįžtų atgal į siųstuvą. Atvirkščiai, Rx filtras leidžia silpnus įeinančius signalus iš antenos priėmimo juostoje pereiti į imtuvą, tuo pat metu stipriai slopindamas galingus siuntimo signalus. Toks tikslus dažnių atskyrimas ir leidžia visavertį duplekso ryšį – galimybę kalbėti ir klausytis vienu metu.
Dielektrinių keraminių medžiagų svarbus vaidmuo
Šių duplekserių išskirtinis našumas tiesiogiai susijęs su specialių mikrobangų dielektrinių keramikos medžiagų naudojimu. Tai nėra įprastos keramikos medžiagos; tai inžinerinės medžiagos, turinčios tris esmines savybes, kurios jas daro idealias aukštos dažnio elektronikai:
• Didelis dielektrinė skvarba (εr): Ši savybė nurodo, kaip stipriai elektrinis laukas koncentruojamas medžiagoje. Dėl didelės dielektrinės skvarbos elektromagnetiniai bangos ilgiai efektyviai gali būti „sutrumpinti“ keramikoje. Tai leidžia kurti labai kompaktiškas rezonatorių struktūras, kurios yra vidinių filtrų sudedamosios dalys. Taip visą duplekserį galima padaryti žymiai mažesnį ir lengvesnį lyginant su analogiškais prietaisais, naudojančiais oro užpildytas ar kitas žemos εr medžiagas.
• Didelis kokybės faktorius (Q-faktorius): Q faktorius yra energijos nuostolių arba sklaidos matas rezonansinėje grandinėje. Aukštas Q faktorius rodo mažus nuostolius. Praktiškai tai tiesiogiai reiškia mažą įterpimo nuostolį. Siųstuvo atveju maži nuostoliai reiškia didesnę spinduliuojamą galią ir didesnį efektyvumą. Imtuvo atveju tai reiškia geresnį jautrumą, nes silpnesni signalai išsaugomi, o ne sugeriami paties duplekserio.
• Beveik nulinis rezonansinės dažnio temperatūros koeficientas (τf): Komponento veikimo stabilumas esant temperatūros pokyčiams yra labai svarbus lauko sąlygoms ir aukštos patikimumo aplikacijoms. Beveik nulinis τf užtikrina, kad siuntimo ir priėmimo filtrų centrinis dažnis liks stabilus nepaisant aplinkos temperatūros pokyčių. Tai garantuoja nuoseklų veikimą ir neleidžia filtro pralaidumo juostai „pasislinkti“ nuo darbinio dažnio, kas galėtų sukelti signalo kokybės pablogėjimą arba visišką ryšio nutrūkimą.
Pagrindinių charakteristikų išsamus analizė
Produkto aprašyme pabrėžiamos trys pagrindinės savybės: kompaktiškas dydis, žemos įvedimo nuostoliai ir aukšta izoliacija. Kiekviena iš šių savybių yra tiesioginė medžiagų savybių ir pažangaus dizaino pasekmė.
• Kompaktiškas dydis ir miniatiūrizavimas: Didelis keraminės medžiagos dielektrinio skvarbos koeficientas yra pagrindinis miniatiūrizavimo veiksnys. Leidžiant mažesnius rezonatorius, tai leidžia radikaliai sumažinti duplekserio užimamą plotą ir svorį, palyginti su tradiciniais ertmių ar bangolaidžių sprendimais. Tai ypač svarbu moderniose sistemose, tokiuose kaip mažosios ląstelės baziniai stotys, mobiliose platformose esantys palydovinio ryšio terminalai ir nešiojama karinė įranga, kur trūksta vietos.
• Žemos įvedimo nuostoliai: Kaip minėta, tai tiesioginis dielektrinės keramikos aukšto Q faktoriaus pranašumas. Mažesnis įterpimo nuostolių rodiklis (paprastai matuojamas decibelais, dB) reiškia efektyvesnę sistemą. Tai reiškia ilgesnį baterijos tarnavimo laiką nešiojamiesiems prietaisams, sumažintas aušinimo reikmes bazinių stočių įrangai ir didesnį veikimo diapazoną dėl pagerinto imtuvo jautrumo. Kiekviena decibelo dalis, sutaupyta dvigubo ryšio įrenginio įterpimo nuostoliuose, yra vertingas indėlis į bendrą sistemos ryšio biudžetą.
• Aukštas izoliavimas: Tai, be jokios abejonės, svarbiausias duplekserio našumo parametras. Izoliacija matuoja slopinimą tarp siųstuvo ir imtuvo prievadų. Aukšta izoliacija būtina, kad būtų išvengta galingo siuntimo signalo „nutekėjimo“ į jautrią imtuvo priešgalinę dalį. Be pakankamos izoliacijos, šis nutekėjimas gali užmigdyti imtuvo mažo triukšmo stiprintuvą (LNA), sukeliant „blokavimą“ arba „jautrumo sumažėjimą“, dėl ko imtuvas nebegali aptikti reikiamų silpnų įeinančių signalų. Aukšta izoliacija užtikrina, kad sistema galėtų siųsti maksimalia galia ir tuo pat metu imti signalą su aukštu aiškumu.
Platus taikymo sritis
Šių savybių unikali kombinacija daro mikrobangų dielektrinius keramikos duplekserius pageidaujamu komponentu įvairiose sudėtingose srityse:
• Ryšio baziniai stotys: Jie yra esminiai 4G/LTE ir 5G makro bei mažųjų ląstelių, naudojančių FDD, elementai, užtikrinantys aiškų kylančiojo ir žemyninio kanalų atskyrimą.
•Palydovinio ryšio terminalai: Geostacionarių ir žemojo orbitos (LEO) palydovų antžeminių terminalų stabilumas ir mažas nuostoliai yra itin svarbūs, kad būtų galima išlaikyti patikimas duomenų ryšius.
• Radarų sistemos: Tiek kariniame, tiek civiliniame radare duplekseriai leidžia vienai antenos linijai pakaitomis arba kai kuriose pažangiose sistemose vienu metu veikti tarp didelio galios impulso perdavimo ir silpno eko priėmimo.
• Naršymo Sistemos: Jie naudojami antžeminėje infrastruktūroje tokioms sistemoms kaip GPS papildymas ir aviacijos navigacija, užtikrinant pozicionavimo signalų vientisumą.
• Bevielio ryšio įranga: Jie sudaro taško-tapo mikrobangų jungčių, kurios sudaro ląstelių tinklų pagrindą, šerdį ir užtikrina didelę izoliaciją, reikalingą patikimai, didelio pajėgumo duomenų perdavimui tarp bokštų.
Išvada
Apibendrinant, mikrobangų dielektrinė keraminė dvigubaijungė yra RF inžinerijos kūrinys, kuriame susitinka medžiagų mokslas ir grandinių projektavimas, kad būtų išspręsta pagrindinė bevielės ryšio paskirties problema. Jos kompaktiškas matmuo, kurį leidžia aukštas dielektrinis laidumas; išskirtinis signalo išlaikymas, kurį užtikrina aukštas Q-faktorius; bei patikima signalo izoliacija – tai ne tik savybės, bet ir būtinybė šiuolaikinėms ir būsimoms mikrobangų sistemoms. Didėjant reikalavimams dėl didesnių duomenų perdavimo greičių, tankesnių tinklų ir patikimesnio ryšio, mikrobangų dielektrinės keraminės dvigubaijungės vaidmuo taps dar svarbesniu, leisdamas technologijoms, kurios jungia mūsų pasaulį.
EN