منذ الترويج له في عام 2018، وعد بروتوكول الاتصال بالوتيرة الراديوية الخلوية الجيل الخامس (5G) بتحقيق تحسن كبير في الطريقة التي يستخدم بها المستخدمون الأفراد،آلات صناعية، وخوادم الحوسبة السحابية إرسال واستقبال البيانات. لتلبية متطلبات الاتصالات المتنقلة الدولية 2020 (IMT-2020) ،مشروع الشراكة للجيل الثالث (3GPP) قد طور معيار 5G، الذي يحدد معدل نقل البيانات 10 جيجابايت في الثانية، وهو أسرع من 10 إلى 100 مرة من معايير 4G السابقة.هذا المعيار يتطلب أيضا زيادة 1000 مرة في عرض النطاق الترددي لكل وحدة مساحة للسماح بزيادة أقصاها 100 مرة في عدد الأجهزة المتصلة داخل المنطقةوفي الوقت نفسه، تصر المنظمة على تحقيق توفر الشبكة بنسبة 99.999٪ مع تقليل استهلاك الطاقة للمحطات الأساسية والأجهزة المتصلة.
بحلول منتصف عام 2025 ، سيكون هناك أكثر من 2.25 مليار اتصال 5G في جميع أنحاء العالم ، مع أكثر من 182 مليون في أمريكا الشمالية. الآن ، توجه مهندسو الشبكات انتباههم إلى الأجهزة المستقلة (SA) ،التي تدعم فقط ترددات وبروتوكولات 5G، يمكن أن تحقق سرعات تحميل وتنزيل أسرع ، وتدعم الإنترنت الصناعي المتقدم للأشياء (IIoT) والاتصالات بين الآلات (M2M) ، مع تأخر الشبكة أقل من 1 ميس.
وقد حفز تطوير أجهزة جديدة لبناء البنية التحتية 5G الطلب على المكونات الإلكترونية المختلفة، بما في ذلك المكثفات المنتشرة في كل مكان.المكثفات هي أجهزة متعددة الاستخدامات يمكنها تصفية الترددات غير المرغوب فيها والقضاء على تداخلات ترددات الراديو، يربط مع المحفزات لتنظيم الهوائيات، ويقوم بتفكيك قنوات الطاقة لتحقيق الاستقرار في مستويات الجهد، وتوازن اتصالات الهوائيات. عند تصميم أجهزة الجيل الخامس ومحطات قاعدة الخلوية،يجب على المهندسين اختيار مكثفات مناسبة لتلبية الأداء المحدد، الحجم، ومتطلبات التكلفة لكل تطبيق.
مكثفات تطبيقات الهوائيات 5G
تُدعم هوائيات البنية التحتية 5G ثلاث نطاقات تردد في مناطق RF العالية: نطاق التردد المنخفض أقل من 2 GHz ، نطاق التردد المتوسط بين 2 GHz و 6 GHz ،ومساحة الترددات العالية بين 24 GHz و 100 GHzمن خلال ربط مكثفات السيراميك متعددة الطبقات (MLCC) مع المحفزات لتشكيل مذبذب الهوائي ، من الممكن ضبط ترددات الراديو المحددة.يجب أن تكون مكثفات البنية التحتية 5G قادرة على التعامل مع ترددات أعلى من البروتوكول (الشكل 1).
تطبيق MLCC في مجال الاتصالات RF
الشكل 1: يستخدم MLCC على نطاق واسع في مجال الاتصالات الراديوية. يجب على المهندسين اختيار المكثفات بعناية لإدارة التيارات الراديوية العالية في البنية التحتية 5G. (مصدر الصورة: KEMET Corporate)
مكثفات سلسلة HiQ CBR من KEMET (الشكل 2) هي واحدة منها. تتراوح سعة هذه السلسلة من 0.1 pF إلى 100 pF ،ويمكن أن تعمل لفترة طويلة في نطاق الترددات من 1 ميغاهرتز إلى 50 غيغاهرتز دون ارتفاع درجة حرارة أو فقدان خصائص السعةنظراً لاستخدام الديليكتريك من الفئة الأولى ، يمكن أن تعمل مكثفات HiQ CBR في نطاق درجة الحرارة من -55 ° C إلى + 125 ° C مع تغير في السعة أقل من ± 30 ppm / ° C.ضمن نطاق الجهد المتزامن 6.3 فولت إلى 500 فولت، هذا المكثف يمكن أيضا الحفاظ على أداء مستقر جدا دون شيخوخة.
مكثف KEMET HiQ CBR
الشكل 2: مكثفات HiQ CBR هي MLCCs مصممة للترددات العالية المستخدمة في البنية التحتية 5G. يستخدم هذا الجهاز المثبت على السطح (SMD) كهربائيًا سيراميكيًا من الدرجة الأولى ، مقترنًا بموصلات المعادن الأساسية ،و يحتوي على غطاء الطين متطابق(مصدر الصورة: شركة كيميت)
تتكون مكثفات HiQ CBR من طبقات متعددة من الأقطاب الكهربائية المعدنية الأساسية (الشكل 3). مادة الأقطاب الكهربائية هي النحاس ، ويتم فصل كل طبقة من الأقطاب الكهربائية وتضمينها بمادة سيراميكية.المادة السيراميكية هنا هي الدرجة الأولى C0G كهرباء المعالجة CaZrO3يتم استخدام غطاء الطرف المعدني كجزء اتصال كهربائي للكهرباء ، مما يجعل من السهل لحام جهاز تركيب السطح (SMD) على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).
الالكترود الداخلي MLCC طبقة مضمنة مع الديليكتريك السيراميكي
الشكل 3: طبقة الإلكترود الداخلية من MLCC (مثل منتجات سلسلة HiQ CBR) مضمنة في الديالكتريك السيراميكي ، مع اتصالات معدنية في الغطاء النهائي. (مصدر الصورة: شركة KEMET)
بفضل مادة وهيكلها ، تتمتع مكثفات HiQ CBR بأداء خسارة منخفضة ، تمثلها عامل الجودة Q ، وهو عكس عامل التبديد (DF).عند اختبار مكثفات HiQ CBR بقيمة سعة 30 pF أو أعلى في ظل ظروف 1 MHz ± 100 kHz و 1.0 ± 0.2 VRMS ، قيمة Q الخاصة بهم أكبر أو تساوي 1000. للمكثفات ذات قيم الكفاءة المنخفضة في هذه السلسلة من المنتجات ، Q = 400 + 20C ، حيث C هي قيمة الكفاءة.
عند تصميم المنتجات الإلكترونية لتطبيقات RF عالية التردد ، يبحث المهندسون أيضًا عن مكثفات ذات مقاومة سلسلة معادلة منخفضة (ESR) وتحفيز سلسلة معادلة منخفضة (ESL),والتي يمكن أن تساعد في تحقيق تردد ارتفاع الرنين الذاتي (SRF). SRF هو التردد الذي يردد فيه مكثف ، مما يسبب له فقدان القدرة وتعمل كمحفز ،لذلك يجب أن تكون SRF أعلى بكثير من تردد التشغيلنطاق SRF من مكثفات HiQ CBR هو من 600 MHz (100 pF مكثفات) إلى 12000 MHz (0.1 pF مكثفات).
يتم معالجة غطاء نهاية مكثفات HiQ CBR بالقصدير المتباين ويمكن لحامها على ألواح الدوائر المطبوعة القياسية. هذا النوع من مكثفات الكهرباء لديه أحجام عادي، بما في ذلك 0201 (0.2 "x 0.1") ،0402 (0.4 "x 0.2") ، 0603 (0.6 "x 0.3") ، و 0805 (0.8 "x 0.5"). لقد اجتازت هذه الأجهزة شهادة خالية من الرصاص وتتوافق مع لوائح RoHS.
مع خصائص أدائها الفريدة والأبعاد الخارجية ، تلعب مكثفات سلسلة HiQ CBR دورًا جيدًا في محطات قاعدة الخلوية 5G وشبكات الاتصالات ومضخات الطاقة RF (PA) ،الشبكات المحلية اللاسلكية (LAN)، وشبكات نظام تحديد الموقع العالمي (GPS) ، واتصالات بلوتوث. يمكن استخدام هذه السلسلة من مكثفات أيضا لمعالجة الإشارات مثل حجب DC، وتصفية، تطابق المعوقة، والربط،والجرافة.
لتقليل التداخلات و ضوضاء الإشارة designers can add similar KEMET FLEX SUPPRESSOR ® This sheet or roll shaped polymer metal composite material (Figure 4) contains micrometer sized magnetic particles dispersed in a flexible polymer substrate to suppress electromagnetic waves or resonances، تحسين التقارب في التدفق المغناطيسي، أو تقليل الضوضاء الناتجة عن الأجهزة الإلكترونية في نطاق ترددات 5G من 3 GHz إلى 40 GHz.