מגמות והתפתחויות אחרונות לפילטרי RF מונעות שוק

אחרונה המציאות בשוק כללה קיצוצים בתקציבים הייעודיים, תחרות גוברת מול מתחרים שלהם עלויות נמוכות ועיכובים קבועים בחוזים של תכניות גדולות. כאשר כל אלה מבליטים את החשיבות ההולכת וגדלה של מודולי RF וחומרה רב-שימושיים, הניתנים לקביעת התצורה שלהם והניתנים לשימוש חוזר. המנטרה היא חדשנות בגודל, במשקל ובעוצמה וכן פלטפורמות בעלות רוחב פס רחב יותר, רב-אופנויות וקטנות יותר.

ההיסטוריה של ההתקדמות בהתפתחות מסנני RF ומיקרוגלים תועדה היטב והמטרות הרחבות של החדשנות נשארו, עקרונית, בעינן במשך עשרות בשנים. בין המשאלות הכלליות שהמהנדסים עובדים עליהן תמיד נמצאים: ביצועים טובים יותר, גודל קטן יותר, עלות נמוכה יותר וניהול טוב יותר של העוצמה. עם זאת, ניתן להעיר הערות לגבי מגמות אחרונות בתעשייה. למשל, החשדנות במסננים ב-10 השנים האחרונות דורבנה על ידי התקדמויות בחומר וכן יכולות ומהירויות הולכות וגדלות בהתמדה בסימולציה האלקטרומגנטית. בהתאם לכך, מוצרים עם רכיבים שקובצו תומכים בניהול עוצמה רב יותר, גודלם או נפחם של מסנני חלל מתכווצים (בשיעור של פי שניים או יותר) תוך כדי איבוד מועט של Q, מסננים הניתנים לכיוון משיגים ניהול עוצמה רב יותר בגדלים קטנים יותר ומוצרים בעלי אפנון הדדי סביל נמוך (PIM נמוך) מיוצרים ביעילות בהשוואה לעלותם ובכמות גדולה יותר.

התעשייה שמרה על המגמות הבאות

 התקדמות בחומרים קרמיים, במיוחד בסמיכות של חומרים ייעודיים, עזרו בהשגת תנובות גדולות יותר של מסנני תהודה קרמיים ושל מסננים מודפסים בעלי מצע קרמי. בנוסף לזה, חומרים קרמיים מתקדמים אפשרו את ייצורם של מסנני Q סופר גבוה מדריך-גל (waveguide) ומועמסים בשני מטענים חשמליים. מסנני “puck” בעלי אפנות יחידה, כפולה ומשולשת הינם בעלי ביצועים טובים יותר ובגודל קטן יותר.

 חומרים או מצעים שפותחו לאחרונה ואשר מאפשרים את יישומם של מסנני שכבה דקה פועלים באותה רמת נוחיות בתמיכה בשקלולן של פיסות חשופות ב-GaAs וב-GaN ובכך מאפשרים הקטנה נוספת של הגודל בבניית מודול בעל פונקציות רבות. בנוסף ליצירת אב טיפוס של מכלולים מכניים חדשניים, יצירת מודל והדפסה בתלת ממד וכן התקדמויות אחרות בתחום המחשוב אפשרו קריטריונים של פאזה, השהייה והתאמה (זיווג) מורכבים יותר במפרטים וכן בבדיקה ובאימות בזמן אמת.הטכנולוגיה במחשוב מערכות הרחיבה את האפשרויות לטכניקות לביטול סינון ובכך להנעת טכנולוגית סינון, אג’ייל (AGILE). נוסו מספר מתודולוגיות עם תוצאות מעורבות. טכניקות ורכיבים תקניים, כגון דיודות ואראקטור (קבל משתנה תלוי-מתח), אינן יכולות לטפל בדרישות הכוח של המערכת. הושקעו מילוני דולרים בחומרי אג’ייל חדשניים שממשיכים להיות לא-בדוקים. דיודות סיכה בעלות עצמה רבה מלאו כמה מהחללים, אבל עדיין לפנינו עבודה רבה. טכנולוגיית ה-MEMS טרם עזרה ביעילות בהכוונת או זריזות של הפס.ה-MIMICS בעלי תדר גבוה מכווצים את העלות ואת הגודל של כמה הרכבים של מסננים, למשל ממירים מעלים או מורידים, ובכך הופכים אותם לתלויי-מסנן יותר ויותר במונחים של גודל ועלות – וזה מוסיף ללחץ לחדשנות בתכן מסננים בזירות המסחרית והצבאית. הצפיפות במנעד תדרי מערכת מסחרית וצבאית הגבירה באופן ניכר ביותר את הדרישה למסננים בוררים ובו זמנית הגבירה רבות את הדרישה לשיפורים בגודל ובביצוע בייצור של פסי-דחייה. אפילו כשמטפלים במפריעים למנעד (ספקטרום), הדחף למהירויות גבוהות יותר, יותר נתונים ויותר משתמשים מחוברים יצר את הצורך למערכות PIM נמוך ולציוד בדיקה בעל PIM נמוך. ה-PIM מקושר ישירות עם רעש, רעש לרוחב פס ולרוחב פס למהירות ברת תמיכה. בפורמטים של הרכבה על משטחים מחפשים ביצוע דמוי-חלל ו-Q.חומרים מוליכים למחצה מגבירים הורידו את רמות הרעש ובכך אפשרו את החליפין של אובדן גדול יותר בהכנסת המסנן וגודל קטן יותר של המסנן, בעוד שנשמרת הרמה הכללית של הרעש המדורג של המערכת.

כנגד הרקע של המגמות הרחבות האלו, נמשכים החדשנות בתכן מסננים והשימוש במוצרי סינון ייעודיים. הבזק הצבאי והמסחרי, יחד עם טכנולוגיות מסוימות בתעשייה הרפואית, דוחפים להתקדמות בחומרים, באריזה, בתכן ובסידורם של מסננים כדי לעמוד באתגרי מפתח של השוק.

המאמר תורגם ממגזין – Microwave Journal באדיבות אלינה הנדסת אלקטרוניקה, נציגת  (K&L, POLE ZERO ו-BSC) בישראל.

 

בהכנת הכתבה השתתפו:

David Howett, Michael P. Busse, Microwave Products Group, Salisbury, Maryland

David Rawlinson, BSC, York, United Kingdom

Jeff Burkett, Tim Dolan, Rafi Hershtig, K&L Microwave, Salisbury, Maryland

Douglas King, Pole/Zero Corp., West Chester, Ohio