了解在传统的 6 GHz 以下频率（Sub-6GHz）和毫米波频率下工作之间的差异。旧的设计技术在毫米波频段这个新世界中不起作用。

将 5G 无线通信转变为广泛的现实将需要使用毫米波频率。但是，如果您的职业生涯大部分时间都在 6 GHz 以下频率范围内工作，那么您需要预先了解毫米波信号的几个关键差异。本文重点介绍了在使用 5G 毫米波信号之前需要考虑的三个关键事项。它们包括：

• 概述毫米波的规则和规范有何不同，
• 需要考虑的不同关键 RF 设计挑战，以及
• 可用于这些更高频率的不同滤波技术。

不同的设计规则

虽然毫米波频率可以将数据速率提升到新的水平，但它们会受到衰减的影响，因此覆盖范围很短。当从 LTE 或低频 5G 在 4.1 GHz 到 7.125 GHz（或所谓的 FR1）之间运行的应用转换到在 24.25 GHz 到 52.6 GHz (FR2) 之间的更高频率下运行时，您需要满足不同的“规则”或性能要求，这一点你需要了解到。当然作为一名工程师你可以直接上相关的网站看3GPP规范3GPP TS 38.104 V17.2.0 (2021-06)。

该协议规范定义了 5G 新空口 (5G NR) 接入网络技术的性能要求。除了定义 5G 可以运行的 FR1 和 FR2 频率范围外，该规范还强调了在构建毫米波基站和小型基站时您应该了解的各种额外性能要求。这包括重要的标准，例如基站类别、信道带宽的差异以及如何测试和处理无用的杂散辐射信号。

例如，由于 5G 使用多个天线进行波束控制，因此使用传统方法进行射频测试已不再实用。相反，无线测试（OTA）现在是首选方法，这意味着需要定义这些新测试的规范。该规范还定义了如何处理工作频段无用发射 (OBUE)。这对于 5G 来说很重要，因为 OBUE 与相关的工作频段密切相关。根据频率，FR2 有两组要求。此外，FR1 使用多种配置，您可以在其中测量系统不同部分（类型 1-C、1-H 和 1-0）的杂散辐射水平。在 FR2 中，只有一种配置（类型 2-0），您必须通过空中执行这些测量任务。

3GPP 规范定义的性能要求随后被标准机构使用，例如美国的电信行业解决方案联盟 (ATIS) 和欧洲的欧洲电信标准协会 (ETSI)，以创建设备供应商必须遵守的适用标准.

不同的射频设计挑战

随着频率增加，波长减少。这带来了挑战，因为在传统阵列中，需要小于一半波长 (λ/2) 的元件间距来减轻栅瓣。例如，28 GHz 频段天线需要大约 5 毫米的元件间间距。因此，系统必须更加紧凑。一些在 4G 高效率下工作的技术在 FR2 下将无法工作。为了更好地说明更高频率所需的系统设计转变，图 1 显示了与一些熟悉的参考文献（从 700 MHz 开始到 39 GHz）相比不同波长的物理尺度。

图1

图 1. 将工作频率从低于 6GHz 转移到毫米波会导致许多 RF（射频） 设计挑战。

由于这些设计需要小尺寸组件，因此会出现在这些更高频率下的一项 RF 设计挑战。在不牺牲性能的情况下实现这一目标的方法之一是使用高 K 材料。表 1 比较了使用四种不同材料构建的六阶半波谐振器滤波器的尺寸差异。

表1

表 1. 波长和尺寸随着 Keff 的增加而变化。

由于尺寸在毫米波应用中非常重要，因此天线和滤波器技术的尺寸公差也变得至关重要。较差的容差会影响系统性能。您可以通过使用具有薄膜技术和高介电常数电介质的完全集成设计来避免这个问题。这种方法可以让您缩小整体尺寸并减少电路板公差变化，进而降低它们对电路性能的影响。此外，尽管无源功能的集成在较低频率下并不太困难，但在较高频率下可能非常复杂。

您在密集型系统中会遇到的另一个设计问题是因为无法控制温度，这意味着可能会频繁发生变化并且系统会发热。因此，滤波器等组件必须在很宽的温度范围内按规格运行，温度稳定性约为 3 ppm/°C。

不同的滤波技术

一种当您转向 FR2 时，您会发现不同的无线电架构，其中包括滤波器技术的数量和类型。图 2 显示了一些标准滤波器技术的典型频率和带宽以及与 5G FR1 和 FR2 频段重叠的亮点。

图2

图 2. 当从 FR1 转移到 FR2 时，某些滤波器技术需要落后于一些可用的新型过滤器，以彩色显示。

FR2 改变了传统的集总元件滤波器设计。通常，集总元件模型在较高频率下不能很好地工作，因为制造必要的离散值会导致其他问题。例如，安装组件会产生板级寄生效应，集总元件模型中使用的传输线也会导致损耗。在高频下，这些效果基本上会使滤波器失谐。

在 FR2 频率下，RF 工程师正在转向使用分布式元件模型。因此，传输线和波导及其相应的滤波技术是在电路周围传输电磁波的最佳方法。更具体地说，微带拓扑是一个很好的选择。如果您不熟悉微带线技术那么就要赶紧熟悉起来，微带线是指一种平面传输线，它由通过介电基板与接地平面隔开的导电带组成（图 3）。

图3

图 3. 在这个微带中，上层基材为空气。

微带线实现中使用的平面滤波器是使用薄膜工艺制造的，该工艺提供高 Q 值和合理的方法以在小尺寸内实现性能。平面分布式元件滤波器依靠精心分布的传输线来创建谐振结构，并且可以设计为比集总元件滤波器更严格的容差。从尺寸、成本和性能的角度来看，这种类型的平面薄膜实施的滤波器最适合毫米波应用。

平稳过渡

即使您几十年来一直致力于 RF 设计，您也应该跟上标准、要求和技术的步伐，这些标准、要求和技术在设计 6GHz 以下的 5G 应用和毫米波频率的 5G 应用之间存在差异。

相反，为了缓解这种转变，首先要了解 3GPP TS 38.104 V17.2.0 (2021-06) 标准。通过了解 FR1 和 FR2 之间的这些关键差异，过渡到设计毫米波设备似乎就不会那么令人生畏。祝你好运！

（参考来源：5gtechnology）