از زمان تبلیغ آن در سال 2018، پروتکل ارتباطات رادیویی فرکانس (RF) سلولی نسل پنجم (5G) وعده داده است که به یک پیشرفت بزرگ در نحوه استفاده از کاربران فردی،ماشین آلات صنعتی، و سرورهای محاسبات ابری داده ها را ارسال و دریافت می کنند. برای برآورده کردن الزامات ارتباطات موبایل بین المللی 2020 (IMT-2020) ،پروژه مشارکت نسل سوم (3GPP) استاندارد 5G را توسعه داده است.، که نرخ انتقال داده 10 گیگابایت در ثانیه را مشخص می کند، که 10 تا 100 برابر سریعتر از استانداردهای 4G قبلی است.این استاندارد همچنین نیاز به افزایش 1000 برابر پهنای باند در هر واحد منطقه برای اجازه دادن به حداکثر افزایش 100 برابر تعداد دستگاه های متصل در منطقه دارد.در عین حال، این سازمان بر دستیابی به 99.999٪ دسترسی به شبکه با کاهش مصرف انرژی ایستگاه های پایه و دستگاه های متصل اصرار دارد.
تا اواسط سال 2025، بیش از 2.25 میلیارد اتصال 5G در سراسر جهان وجود خواهد داشت، که بیش از 182 میلیون در آمریکای شمالی است. اکنون، معماران شبکه توجه خود را به دستگاه های مستقل (SA) متمرکز کرده اند.که فقط از فرکانس ها و پروتکل های 5G پشتیبانی می کنند، می تواند سرعت آپلود و دانلود سریعتر را به دست آورد و از اینترنت پیشرفته صنعتی چیزها (IIoT) و ارتباطات ماشین به ماشین (M2M) با تاخیر شبکه به اندازه 1 ms پشتیبانی کند.
توسعه دستگاه های جدید برای ساخت زیرساخت های 5G، تقاضا برای اجزای الکترونیکی مختلف از جمله خازن های همه جا را تحریک کرده است.خازن ها دستگاه های متنوعی هستند که می توانند فرکانس های ناخواسته را فیلتر کنند و تداخل فرکانس رادیویی را از بین ببرنددر طراحی دستگاه های 5G و ایستگاه های پایه سلولی،مهندسان باید خازن های مناسب را انتخاب کنند تا عملکرد خاص را برآورده کنند.، اندازه و هزینه های مورد نیاز هر برنامه.
هکرها برای برنامه های آنتن 5G
آنتن های زیرساخت های 5G از سه باند فرکانس در مناطق RF بالاتر پشتیبانی می کنند: باند فرکانس پایین کمتر از 2 گیگاهرتز، باند فرکانس متوسط بین 2 گیگاهرتز و 6 گیگاهرتز،و باند فرکانس بالا بین ۲۴ گیگاهرتز و ۱۰۰ گیگاهرتزبا جفت کردن خازن های سرامیکی چند لایه ای (MLCC) با محرک ها برای تشکیل یک نوسان دهنده آنتن، امکان تنظیم به فرکانس های رادیویی خاص وجود دارد.خازن های زیرساخت های 5G باید بتوانند فرکانس های بالاتر پروتکل را اداره کنند (شکل 1).
کاربرد MLCC در زمینه ارتباطات RF
شکل 1: MLCC به طور گسترده ای در زمینه ارتباطات RF استفاده می شود. مهندسان باید به دقت خازن ها را برای مدیریت جریان های RF بالاتر در زیرساخت های 5G انتخاب کنند. (منبع تصویر: KEMET Corporate)
خازن های سری HiQ CBR KEMET (شکل 2) یکی از آنها هستند. خازن این سری از خازن ها از 0.1 pF تا 100 pF است.و می تواند برای مدت طولانی در محدوده فرکانس 1 MHz تا 50 GHz بدون گرم شدن بیش از حد یا از دست دادن ویژگی های ظرفیت کار کندبه دلیل استفاده از دی الکتریک کلاس I، خازن های HiQ CBR می توانند در محدوده دما -55 ° C تا + 125 ° C با تغییر ظرفیت کمتر از ± 30 ppm / ° C کار کنند.در محدوده ولتاژ DC 6.3 ولت تا 500 ولت، این خازن همچنین می تواند عملکرد بسیار پایدار را بدون پیری حفظ کند.
خازن KEMET HiQ CBR
شکل ۲: خازن های HiQ CBR MLCC هستند که برای فرکانس های بالاتر مورد استفاده در زیرساخت های 5G طراحی شده اند. این دستگاه نصب سطح (SMD) از دی الکتریک سرامیکی کلاس I استفاده می کند که با هادی های فلز پایه،و دارای کلاه های پایانی با پوشش قلع مات است.. (منبع تصویر: شرکت KEMET)
خازن های HiQ CBR از چندین لایه الکترود فلزی پایه (شکل 3) تشکیل شده اند. ماده الکترود مس است و هر لایه الکترود با مواد سرامیکی جدا شده و جاسازی شده است.ماده سرامیکی اینجا دی الکتریک کلاس I C0G CaZrO3 است. کاپ پای فلزی به عنوان قسمت اتصال الکتریکی برای الکترود استفاده می شود، که باعث می شود آسان شدن جوش دستگاه نصب سطح (SMD) بر روی صفحه مدار چاپی (PCB) باشد.
الکترود داخلی لایه MLCC با دی الکتریک سرامیکی
شکل 3: لایه الکترود داخلی MLCC (مانند محصولات سری HiQ CBR) در دی الکتریک سرامیکی با اتصال فلزی در کلاه های آخر جاسازی شده است. (منبع تصویر: شرکت KEMET)
با تشکر از مواد و ساختار آن، خازن های HiQ CBR دارای عملکرد کم است، که توسط عامل کیفیت Q نشان داده می شود، که متقابل عامل تبعید (DF) است.در هنگام آزمایش هائی کیو CBR با مقدار ظرفیت 30 pF یا بالاتر در شرایط 1 MHz ± 100 kHz و 1.0 ± 0.2 VRMS، ارزش Q آنها بزرگتر از یا برابر با 1000 است. برای خازن هایی که دارای مقادیر ظرفیت پایین تری در این سری محصولات هستند، Q = 400 + 20C، که در آن C مقدار ظرفیت است.
در هنگام طراحی محصولات الکترونیکی برای برنامه های RF فرکانس بالا، مهندسان همچنین به دنبال خازن هایی با مقاومت سری معادل پایین (ESR) و جلب سری معادل پایین (ESL) هستند,که می تواند به دستیابی به فرکانس ارتفاع خود-رنگر (SRF) کمک کند. SRF فرکانسی است که در آن یک خازن رنانس می کند، باعث می شود ظرفیت آن از دست برود و به عنوان یک محرک عمل کند،بنابراین SRF باید بسیار بالاتر از فرکانس عملیاتی باشدمحدوده SRF هائی کیو CBR از 600 MHz (100 pF) تا 12000 MHz (0.1 pF) است.
کلاه های پایانی خازن های HiQ CBR با قلع مات درمان می شوند و می توانند بر روی صفحه های مداری چاپی استاندارد جوش داده شوند. این نوع خازن دارای اندازه های معمولی است، از جمله 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"). این دستگاه ها گواهینامه بدون سرب را گذراندند و با مقررات RoHS مطابقت دارند.
با ویژگی های عملکرد منحصر به فرد و ابعاد خارجی، خازن های سری HiQ CBR نقش خوبی در ایستگاه های پایه سلولی 5G، شبکه های ارتباطی، تقویت کننده های قدرت RF (PA) ،شبکه های محلی بی سیم (LAN)این سری از خازن ها همچنین می توانند برای پردازش سیگنال مانند مسدود کردن DC، فیلتر کردن، تطبیق موانع، اتصال،و بای پاس.
برای کاهش تداخل و صداهای سیگنال، 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، بهبود همگرایی جریان مغناطیسی، یا کاهش سر و صدای تولید شده توسط دستگاه های الکترونیکی در محدوده فرکانس 5G از 3 GHz تا 40 GHz.